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transcript
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE
CHIMBORAZO
“PROPUESTA METODOLÓGICA BASADA EN HERRAMIENTAS
INFORMÁTICAS PARA EL APRENDIZAJE DE LA ROBÓTICA
EDUCATIVA Y PEDAGÓGICA EN EL SEXTO SEMESTRE DE LA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ESPOCH”
Tesis presentada ante el Instituto de Postgrado y Educación
Continua de la ESPOCH, como requisito parcial
para la obtención del grado de
MAGISTER EN INFORMATICA EDUCATIVA
Rómulo Iván Cantos Castillo
Riobamba – Ecuador
2015
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO
CERTIFICACIÓN:
EL TRIBUNAL DE TESIS CERTIFICA QUE:
El trabajo de investigación titulado “Propuesta Metodológica Basada en
Herramientas Informáticas para el Aprendizaje de la Robótica Educativa y
Pedagógica en el Sexto Semestre de la Escuela de Ingeniería Mecánica
ESPOCH” de responsabilidad del Ing. Rómulo Iván Cantos Castillo, ha sido
prolijamente revisada y se autoriza su presentación:
TRIBUNAL DE TESIS:
Doctor Juan Vargas. _________________________
PRESIDENTE FIRMA
Magister Rogel Miguez P. _________________________
DIRECTOR FIRMA
Magister Paul Romero R _________________________
MIEMBRO FIRMA
Magister. Julio Santillán C. _________________________
MIEMBRO FIRMA
DERECHOS DE AUTORIA
Yo, Rómulo Iván Cantos Castillo portador de la C.I. Nº 1704922861 declaro que la
investigación realizada es absolutamente original y auténtica y que las ideas,
doctrinas, resultados y propuestas expresadas en el presente trabajo de investigación,
y, los derechos de autoría pertenecen a la Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo .
…………………………………..
Ing. Rómulo Iván Cantos Castillo
C.I. 1704922861
AGRADECIMIENTO
En primer lugar me gustaría agradecer a Dios por su infinita bondad, y
la oportunidad de culminar otro nivel de estudios.
A todas las autoridades, docentes, personal administrativo y de
servicio de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, mi
segundo hogar. Gracias por los conocimientos impartidos por sus
docentes y a los estudiantes que colaboraron con este trabajo.
A mí familia, que junto a mi han compartido una vez más, las alegrías
y las preocupaciones que involucran los estudios. Gracias por su
comprensión y apoyo.
Iván.
DEDICATORIA
Dedico el presente trabajo a mi esposa Rosy a mis hijos, Susana,
Mauricio, Katy y Manfred.
Iván.
ÍNDICE
AGRADECIMIENTO ............................................................................................ iv
DEDICATORIA ...................................................................................................... v
ÍNDICE ................................................................................................................... vi
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................. x
LISTA DE GRÁFICOS ......................................................................................... xii
LISTA DE ILUSTRACIONES ............................................................................. xiii
RESUMEN ............................................................................................................... 1
SUMMARY ............................................................................................................. 2
CAPÍTULO I ............................................................................................................ 3
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 3
1.1. PROBLEMATIZACIÓN .................................................................................. 4
1.2. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS ............................................... 6
Objetivo General ...................................................................................................... 6
ObjetivoS EspecificoS ............................................................................................ 6
1. 3. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................ 6
1.4. HIPÓTESIS ....................................................................................................... 8
CAPÍTULO II .......................................................................................................... 9
REVISIÓN DE LITERATURA ............................................................................... 9
2.1. ANTECEDENTES Y ESTUDIOS PREVIOS .................................................. 9
2.2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ................................................................. 14
2.3. CONCEPTUALIZACIONES ......................................................................... 15
2.3.1. Nativos Digitales. ......................................................................................... 15
2.3.2. Robot. ........................................................................................................... 15
2.3.3. Tics. .............................................................................................................. 16
2.3.4. La Robótica. ................................................................................................. 16
2.3.5. “La Robótica Educativa. ............................................................................. 17
2.3.6. “La Robótica Pedagógica. ............................................................................ 17
2.3.7. “EL MODELO PEDAGÓGICO. ................................................................. 17
2.3.8. Memoria EEPROM. ..................................................................................... 18
2.3.9. Servo Motor. ................................................................................................ 18
2.4. MODELOS PEDAGÓGICOS ........................................................................ 18
2.4.1. Modelo Tradicional. ..................................................................................... 19
2.4.2. Modelo Romántico. ..................................................................................... 20
2.4.3. Modelo Socialista ......................................................................................... 20
2.4.4. Modelo Conductista ..................................................................................... 21
2.4.5. Modelo Constructivista ................................................................................ 22
2.5. ROBÓTICA .................................................................................................... 27
2.6. ROBÓTICA EDUCATIVA ............................................................................ 30
2.6.1 Múltiplo. ........................................................................................................ 34
2.6.2 LEGO MINDSTORM KT ............................................................................ 35
2.6.3 KONDO ........................................................................................................ 38
2.6.4 FISCHER TECHNIK .................................................................................... 39
2.6.5 BIOLOID. ..................................................................................................... 40
2.7. ROBÓTICA PEDAGÓGICA ......................................................................... 41
2.7.1 Sensores – Captadores. ................................................................................. 43
2.7.2. MODULO DE CONTROL.- ....................................................................... 48
2.7.3. ACTUADORES.- ....................................................................................... 57
.8. Diseño del Prototipo .......................................................................................... 62
2.8.1. SUBSISTEMA DE BANCADA O SOPORTE. .......................................... 62
2.8.2. SUBSISTEMA DE ALIMENTACION DE ENERGIA. ............................. 62
2.8.3 SUBSISTEMA DE SENSORES. ................................................................. 65
2.8.4 SUBSISTEMA DE ACTUADORES. ........................................................... 65
2.8.5 SUBSISTEMA DE INTERFAZ DE CONTROL. ........................................ 66
CAPÍTULO III ....................................................................................................... 68
MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................................. 68
3.1. Diseño de la Investigación .............................................................................. 68
3.2. Tipo de Estudio ............................................................................................... 70
3.3. Métodos, Técnicas e Instrumentos .................................................................. 71
3.4. Validación de Instrumentos............................................................................. 74
3.5. Procesamiento de la Información (¿Cómo?) ................................................... 74
3.6. selección de las herramientas a aplicar ........................................................... 83
CAPÍTULO IV ....................................................................................................... 92
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................................... 92
4.1. Presentación de Resultados ............................................................................. 92
4.2.1. Evaluación Inicial......................................................................................... 92
4.2.2. Evaluación Formativa Práctica ................................................................... 93
Práctica No. 1: Pulsador – Matriz: Complejidad. Anexo No.2 .......................... 93
Práctica No. 1: Pulsador – Matriz: Creatividad. Anexo No. 3 ........................... 94
Práctica No. 2: Potenciómetro – Matriz: Complejidad. Anexo No. 4................ 95
Práctica No. 2: Potenciómetro – Matriz: Creatividad. Anexo No. 5.................. 96
Práctica No. 3: Servomotor – Matriz: Complejidad. Anexo No. 6 .................... 97
Práctica No. 3: Servomotor – Matriz: Creatividad. Anexo No. 7 ...................... 98
Práctica No. 4: Motor de CD – Matriz: Complejidad. Anexo No. 8.................. 99
Práctica No. 4: Motor de CD – Matriz: Creatividad. Anexo No. 9.................. 100
4.2.3. Evaluación Final........................................................................................ 101
Resumen de la Evaluación Final. ..................................................................... 107
4.3. Prueba de la Hipótesis de Investigación........................................................ 108
4.4. Presentación de la Propuesta ......................................................................... 112
4.5. Parte Aplicativa del Trabajo.......................................................................... 119
Conclusiones ........................................................................................................ 120
Recomendaciones ................................................................................................. 121
ANEXOS ............................................................................................................. 122
ANEXO No. 1 ...................................................................................................... 122
ANEXO No. 2 ...................................................................................................... 126
ANEXO No. 3 ...................................................................................................... 127
ANEXO No. 4 ...................................................................................................... 128
ANEXO No. 5 ...................................................................................................... 129
ANEXO No. 6 ...................................................................................................... 130
ANEXO No. 7 ...................................................................................................... 131
ANEXO No. 8 ...................................................................................................... 132
ANEXO No. 9 ...................................................................................................... 133
.............................................................................................................................. 133
ANEXO 10 ........................................................................................................... 134
ANEXO 11 ........................................................................................................... 137
ANEXO 12 ........................................................................................................... 139
ANEXO 13 ........................................................................................................... 153
ANEXO 14 ........................................................................................................... 165
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 179
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Enfoques Constructivistas ............................................................................ 23
Tabla 2. Métodos Pedagógicos .................................................................................. 26
Tabla 3. Evolución de los Métodos Pedagógicos....................................................... 27
Tabla 4. Datos del ATMEGA 2560 ........................................................................... 52
Tabla 5. Distribución de los grupos de investigación. ............................................... 68
Tabla 6. Estudiantes del 6to. Semestre Escuela de Ingeniería Mecánica.................. 69
Tabla 7. Estudiantes del Grupo A ............................................................................. 69
Tabla 8. Estudiantes del Grupo B ............................................................................. 69
Tabla 9. Selección de los equipos técnicos y humanos. ............................................. 70
Tabla 10. Explicación de las técnicas ........................................................................ 73
Tabla 11. Practicas del grupo A ................................................................................ 78
Tabla 12. Criterios para valorar creatividad .............................................................. 82
Tabla 13. Criterios para valorar complejidad ............................................................ 82
Tabla 14. Requerimientos de la robótica campo enseñanza aprendizaje ................ 83
Tabla 15. Cuantificación de los requerimientos ......................................................... 84
Tabla 16. Cuantificación en porcentajes ................................................................... 84
Tabla 17. Cuadro de modelos y criterios ................................................................... 85
Tabla 18. Requerimientos para la selección del robot educativo .............................. 86
Tabla 19. Cuantificación para la selección del robot educativo................................ 86
Tabla 20. Cuantificación en porcentajes ................................................................... 86
Tabla 21. Matriz para selección del robot ................................................................ 87
Tabla 22. Matriz de requerimientos para la selección de la placa ............................ 88
Tabla 23. Cuantificación para la selección de placa .................................................. 88
Tabla 24. Requerimientos, e importancia para selección de la placa........................ 89
Tabla 25. Matriz para selección de la placa de desarrollo ........................................ 89
Tabla 26. Requerimientos del software de programación. ........................................ 90
Tabla 27. Cuantificación del software de programación. ......................................... 90
Tabla 28. Requerimientos e importancia para la selección del software .................. 90
Tabla 29. Matriz para selección del software............................................................ 91
Tabla 30. Evaluación Inicial ...................................................................................... 92
Tabla 31 Práctica 1: Pulsador - evalúa: complejidad ................................................. 93
Tabla 32 Práctica 1: Pulsador - Evalúa: Creatividad ................................................. 94
Tabla 33 Práctica 2: Potenciómetro - Evalúa: Complejidad ...................................... 95
Tabla 34 Práctica 2: Potenciómetro - Evalúa: Creatividad ........................................ 96
Tabla 35 Práctica 3: Servomotor - Evalúa: Complejidad........................................... 97
Tabla 36 Práctica 3: Servomotor - Evalúa: Creatividad............................................. 98
Tabla 37 Práctica 4: Motor de CD - Evalúa: Complejidad ........................................ 99
Tabla 38 Práctica 4: Motor de CD- Evalúa: Creatividad ......................................... 100
Tabla 39 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 1 ................................. 102
Tabla 40 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 2 ................................. 103
Tabla 41 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 3 ................................. 104
Tabla 42 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 4 ................................. 105
Tabla 43 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 5 ................................. 106
Tabla 44 Análisis del resumen de resultados de la Evaluación Final ..................... 107
Tabla 45. Matriz de datos para la demostración de la hipótesis.............................. 109
Tabla 11. Practicas del grupo A .............................................................................. 117
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico No. 1 Diagrama de barras para selección del modelo. ................................. 85
Gráfico No. 2 Diagrama de barras para selección del robot educativo. .................... 87
Gráfico No. 3 Diagrama de barras para selección de la placa de desarrollo ............. 89
Gráfico No. 4 Diagrama para selección del SW grafico de programación. .............. 91
Gráfico No. 5 Evaluación Inicial ............................................................................... 93
Gráfico No. 6 Evaluación formativa - Práctica No. 1 - Complejidad ........................ 94
Gráfico No. 7 Evaluación formativa - Práctica No. 1 - Creatividad .......................... 95
Gráfico No. 8 Evaluación formativa - Práctica No. 2 - Complejidad ........................ 96
Gráfico No. 9 Evaluación formativa - Práctica No. 2 - Creatividad .......................... 97
Gráfico No. 10 Evaluación formativa - Práctica No. 3 - Complejidad ...................... 98
Gráfico No. 11 Evaluación formativa - Práctica No. 3 - Creatividad ........................ 99
Gráfico No. 12 Evaluación formativa - Práctica No. 4 - Complejidad .................... 100
Gráfico No. 13 Evaluación formativa - Práctica No. 4 - Creatividad ...................... 101
Gráfico No. 14 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 1 ....................... 102
Gráfico No. 15 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 2 ....................... 103
Gráfico No. 16 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 3 ....................... 104
Gráfico No. 17 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 4 ....................... 105
Gráfico No. 18 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 5 ....................... 106
Gráfico No. 19 Análisis del resumen de resultados de la Evaluación Final ............ 107
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Aprendizaje de la Robótica .................................................................. 13
Ilustración 2. Robots Educativos................................................................................ 31
Ilustración 3. Robot Educativo Mindstorms. ............................................................. 32
Ilustración 4. Entorno de Programación Grafica........................................................ 33
Ilustración 5. Robot Múltiplo ..................................................................................... 35
Ilustración 6. Elemento de Lego Mindstorm.............................................................. 36
Ilustración 7. Actividades construir, programar y actuar. .......................................... 37
Ilustración 8. Robot, elementos y actividad. .............................................................. 38
Ilustración 9. Entorno de la Línea FISCHER TECHNIK. ......................................... 40
Ilustración 10. Fases de implementación de un robot bioloid. ................................... 41
Ilustración 11. Sensores-Captadores. ......................................................................... 43
Ilustración 12. Sensores de Proximidad. .................................................................... 44
Ilustración 13. Sensores Térmicos ............................................................................. 45
Ilustración 14. Sensor Ultrasónico. ............................................................................ 45
Ilustración 15. Sensor Infrarrojo. ............................................................................... 46
Ilustración 16. Sensor de Luz. .................................................................................... 46
Ilustración 17. Sensor de Sonido. ............................................................................... 47
Ilustración 18. Módulo de Control. ............................................................................ 48
Ilustración 19. Estructura de un Microprocesador. .................................................... 49
Ilustración 20. Microcontroladores Pics. ................................................................... 50
Ilustración 21. Datos característicos de algunos PIC. ................................................ 51
Ilustración 22. PIC 18F4550 ...................................................................................... 51
Ilustración 23. Programador de PIC serie y USB. ..................................................... 52
Ilustración 24. Programador USB para ATMEGA. ................................................... 53
Ilustración 25. Microcontrolador ATMEGA 2560. ................................................... 53
Ilustración 26. Placa de desarrollo PINGUINO ......................................................... 54
Ilustración 27. Placa Arduino Mega. ......................................................................... 56
Ilustración 28. Motor de corriente continua. .............................................................. 58
Ilustración 29. Motores Paso a Paso .......................................................................... 59
Ilustración 30. Servo Motor ....................................................................................... 60
Ilustración 31. Cilindro Neumático. ........................................................................... 61
Ilustración 32. Actuadores Hidráulicos. ..................................................................... 62
Ilustración 33. Diagrama de módulos del prototipo ................................................... 63
Ilustración 34. Sistema Modulo de Enseñanza .......................................................... 64
Ilustración 35. Sensores de Entrada ........................................................................... 65
Ilustración 36. Actuadores ......................................................................................... 65
Ilustración 37. Panel frontal y diagrama de bloques con Labview ............................ 67
Ilustración 38. Ventana de Matlab con diferentes secciones ..................................... 67
Ilustración 39. Metodología Grupo "A" ..................................................................... 75
Ilustración 40. Metodología Grupo "B" ..................................................................... 76
Ilustración 41 Prueba de la Hipótesis ...................................................................... 110
Ilustración 42. Diferentes modelos de robots que se pueden armar ......................... 139
Ilustración 43. Quick start model. ............................................................................ 139
Ilustración 44. Equipo básico de Mindstorms .......................................................... 140
Ilustración 45. Módulo de Control ........................................................................... 142
Ilustración 46. Pantalla inicial de programación ...................................................... 143
Ilustración 47. Pantalla de trabajo. ........................................................................... 143
Ilustración 48. Pantalla de Trabajo con bloques y acciones..................................... 144
Ilustración 49. Selección del elemento..................................................................... 145
Ilustración 50. Ajustes de acción 1 .......................................................................... 145
Ilustración 51. Ajustes de la acción 2....................................................................... 146
Ilustración 52. Contiene bloques del proyecto 2 ...................................................... 147
Ilustración 53. Ajustes para la acción 1 ................................................................... 147
Ilustración 54. Ajustes de la acción 2 ..................................................................... 148
Ilustración 55. Ajustes acción 3 .............................................................................. 148
Ilustración 56. Ajustes de la acción 6 utilizando sensor ultrasónico........................ 149
Ilustración 57. Proyecto 2 con todas las acciones .................................................... 150
Ilustración 58. Escoger acción de repetición (Lazo) ................................................ 151
Ilustración 59. Ajuste del lazo .................................................................................. 151
Ilustración 60. Acciones dentro del lazo .................................................................. 152
Ilustración 61. Prototipo ........................................................................................... 153
Ilustración 62. Panel frontal del prototipo............................................................... 154
Ilustración 63. Diagrama de bloques del programa principal del prototipo. ........... 155
Ilustración 64. Panel frontal para lectura de un pulsador. ....................................... 156
Ilustración 65. Panel frontal para lectura del final de carrera. ................................ 157
Ilustración 66. Panel, entrada analógica simulada por potenciómetro. ................... 158
Ilustración 67. Panel frontal de control y lectura de la temperatura. ...................... 158
Ilustración 68. Panel frontal para medición de luz. ................................................. 159
Ilustración 69. Panel frontal de lectura para sensor de presión. .............................. 160
Ilustración 70. Panel de control para arranque directo de motor CA. ..................... 161
Ilustración 71. Panel de control del motor CD. ....................................................... 162
Ilustración 72. Panel de control del servomotor...................................................... 163
Ilustración 73. Panel de control motor paso a paso. ................................................ 164
1
RESUMEN
La presente investigación es una propuesta metodológica basada en herramientas
informáticas para el aprendizaje de la robótica educativa y pedagógica, para los
estudiantes del sexto semestre que toman la catedra de Electrónica de la Escuela
de Ingeniería Mecánica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
Se realizó un estudio de los diferentes métodos pedagógicos para seleccionar uno
de ellos y tomar como base para la aplicación de la metodología a seguir en el
estudio de la robótica. Una de las etapas en la propuesta es el estudio de la
robótica educativa, para ejecutar se analizó y selecciono al robot Mindstorm,
antes de entrar al tratado de la robótica pedagógica. Para las prácticas se diseñó y
construyó un prototipo con los tres módulos, así tenemos módulo de entrada, de
control y de salida. En lo que se refiere a la unidad de control se analizó a las
placas Arduino y Pingüino mediante matrices morfológicas y se seleccionó a la
placa Arduino para trabajar bajo la programación grafica de Labview. Se realizó
tres evaluaciones teóricas y prácticas durante la aplicación de la metodología para
la comprobación de la Hipótesis Alternativa. En la evaluación final el Grupo A
donde se aplicó la metodología obtuvo un promedio de 12.4 sobre 15, mientras
que el Grupo B alcanzo una nota de 10.21. De los resultados obtenidos con un
nivel de significación de 5% equivalente al +- 2.051 se acepta la hipótesis
planteada. “La metodología utilizando las herramientas informáticas mejora el
aprendizaje de la robótica en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la ESPOCH”.
Se concluye que el modelo constructivista es el más idóneo para el estudio de la
robótica y se recomienda a las Universidades involucradas con el estudio de la
robótica y a los Directivos de la Facultad de Ingeniería Mecánica implementar la
metodología propuesta en la malla curricular de la Escuela de Ingeniería
Mecánica
Palabras Claves: <METODOLOGÍA>, <CONSTRUCTIVISMO>, <ROBOT>,
<ROBÓTICA>, <MORFOLÓGICAS>, <TICS>, <AUTÓNOMO>, <HIBRIDO>,
<INTERFAZ>.
2
SUMMARY
This research is focused on a methodological proposal which is based on
computing tools for the educative and pedagogical robotics learning applied on
sixth - level students taking Electronics in the Mechanical Engineering Faculty at
Escuela Superior Politecnica de Chimborazo.
A study of different pedagogical methods was carried out in order to choose one
of them, and use it as basis to apply the methodology in the robotics study. One of
the stages of the proposal is the study of educative robotics. For this, it was
necessary to analyze and choose Mindstorms robot before starting with pedagogic
robotics theme. For the trials, a three-module prototype (Input module, Control
module and Output module) was designed and built. Regarding to the control unit,
Arduino and Pinguino Plates were analyzed by means of morphological matrices,
thus Arduino and Pinguino plates were choosen to work with Labview graphic.
Three theoretical and practical evaluations were also carried out during the
methodology application in order to prove the Alternative Hypothesis. In the final
evaluation, the methodology applied for group A got an average of 12.4 over 15,
while group B got 10.21. From the results obtained significantly in a 5% which
are equivalent to +-2.051 the proposed hypothesis is accepted; therefore, “the
methodology using computing tools improves the robotics learning in the School
of Mechanical Engineering of ESPCOH”.
It is concluded that the constructivist model is appropriate for the robotics
study, and it is recommended that the Universities and Mechanical Engineering
Faculty Authorities who are involved in the robotics study, implement the
methodology proposed in the curriculum of the Mechanical Engineering School.
Key Words: METHODOLOGY, CONSTRUCTIVISM, ROBOT, ROBOTICS,
MORPHOLOGICAL, TICS (Information and Communications technology),
AUTONOMOUS, HYBRID, INTERFACE.
3
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
Actualmente los docentes y estudiantes no pueden ser simples observadores del
avance de la electrónica y la informática sino no que deben ser parte de este
avance, con cambios en las metodologías de enseñanza en las que se involucren
las nuevas tecnologías de la información y comunicación NTICS para las
distintas profesiones y no tener solo las formas tradicionales de aprendizaje
basados en libros, textos, pluma y pizarrón. Con las nuevas tecnologías se tiene
una infinidad de medios para obtener información.
La automatización de las maquinas hoy en día es toda una ciencia en la que se
relacionan o intervienen múltiples sistemas técnicos como: Mecánica, Eléctrica,
Electrónica, Informática, entre otros, de esta manera es lógico pensar que un
trabajo colaborativo en la robótica dará mejores resultados y adaptara a los
estudiantes a las nuevas tecnologías
“Durante el siglo XX, y gracias al considerable avance “tecnológico”, han ido
apareciendo progresivamente diversos tipos de sistemas artificiales de apariencia
antropomórfica, conocidos con el nombre de robots. Si bien hasta la fecha los
robots han permitido una automatización elevada de tareas simples y repetitivas
en procesos industriales y otras áreas, la construcción de robots que exhiban un
cierto grado de inteligencia humana es todavía un problema abierto. Un robot
considerado inteligente deberá ser una máquina autónoma capaz de extraer
selectivamente información de su entorno y utilizar el conocimiento sobre el
mundo que le rodea para moverse de forma segura, útil e intencionada. Desde el
aspecto “pedagógico”, la simulación se ha convertido en una parte central de las
metodologías de estudio por las innumerables ventajas que se obtiene en su
utilización llevando al aula situaciones que de otro modo serían impensables.1
4
1.1. PROBLEMATIZACIÓN
Con el avance de la electrónica y su expansión en todos los campos de la ciencia,
se hace imprescindible el estudio de la electrónica en todas las disciplinas sean
estas técnicas o no técnicas.
En el campo de la Ingeniería Mecánica los equipos modernos tienen tecnología de
punta como es control electrónico, control numérico, hidráulica proporcional, etc.
por lo tanto es necesario tener conocimientos actualizados en este campo.
En la Facultad de Mecánica, Escuela de Ingeniería Mecánica, se dictan cátedras
como, Neumática Hidráulica, Electrotecnia, Maquinas Eléctricas, Electrónica
Básica, entre otras, todas estas tienen el mismo horizonte para su control, la
automatización.
La robótica es esencialmente multidisciplinaria pero en la actualidad
básicamente se sustenta en la microelectrónica y la informática.
Como una aplicación o puesta en práctica de todas las cátedras se podría sugerir la
implementación de una nueva catedra que podría ser robótica o mecatrónica que
no es otra cosa que la mecánica y electrónica juntas. En este contexto de
mecánica, electrónica e informática se puede integrar todas ellas en lo que es la
robótica.
Actualmente los métodos de enseñanza aprendizaje también han experimentado
cambios, pasando del sistema tradicional de transmisión de conocimientos a base
de proporcionar información, a que el conocimiento debe ser construido por el
propio alumno (constructivismo), estos cambios conllevan a tomar y aplicar
nuevas estrategias de enseñanza especialmente en este campo de la robótica que
hoy en día está en auge.
Siempre se tiene mejores resultados cuando cualquier actividad humana se lo hace
con agrado, con incentivos, atrayendo la curiosidad, etc. estas son las acciones que
se desean implementar para conocimiento y motivación del estudio de la robótica.
5
Por iniciativa de los propios estudiantes se está formando el club de robótica en la
Escuela de Ingeniería Mecánica, esta idea es excelente y resulta de gran ayuda
para verificar los resultados que se desean obtener.
En la Escuela de Ingeniería Mecánica no existe un laboratorio destinado para el
estudio de la robótica, la implementación de este traería grandes beneficios a los
alumnos ya que muchas de las tesis desarrolladas por ellos tienen que ver con la
automatización de máquinas.
No existiendo esta catedra en la Escuela de Ingeniería Mecánica, se pretende con
el siguiente estudio incentivar, impulsar la creación en esta carrera de la robótica,
para lo cual se proyecta enseñar la robótica educativa y la robótica pedagógica
para despertar aún más en los estudiantes el estudio de la robótica. Uno de los
objetivos del proyecto es que el estudiante tenga una herramienta para el
conocimiento de la robótica, pudiendo si es el caso auto educarse.
El campo de aplicación seria con estudiantes de la Escuela de Ingeniería Mecánica
que toman la catedra de Electrónica Básica y el periodo de tiempo considerado
seria de tres meses.
Actualmente existen en el mercado varios modelos de robots educativos como
MINDSTORMS NXT, BIOLOID, MULTIPLO, etc. Estos robots tienen también
sus categorías como son para principiantes y avanzados, todos ellos formados por
sensores de sonido de distancia entre otros, un bloque de programación y los
elementos actuadores. Se elegirá el robot educativo más idóneo para lo propuesto.
Existe dificultad actualmente en el aprendizaje de la robótica porque no se cuenta
con el equipo necesario para tal fin. Se pretende impulsar este estudio utilizando
herramientas informáticas con tres partes fundamentales, la primera con la
robótica educativa en la que el estudio se basa en un robot ya construido, la
robótica pedagógica en la que el estudiante diseña, construye y programa su
propio robot utilizando todos los conocimientos adquiridos y finalmente
implementar un prototipo con el uso de captadores, bloque de programación
gráfico y actuadores.
6
En la actualidad una de las áreas con más desarrollo tecnológico es la robótica que
no es más que el estudio de los robots, estos están compuestos por sistemas
mecánicos, eléctricos, electrónicos que mediante una programación son capaces
de realizar movimientos específicos con rapidez y precisión.
1.2. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS
OBJETIVO GENERAL
Proponer una metodología utilizando herramientas informáticas para el
aprendizaje de la robótica en el sexto semestre de la Facultad de Mecánica
Escuela de Ingeniería Mecánica.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Analizar los modelos pedagógicos de enseñanza-aprendizaje que
pueden ser aplicadas a la robótica y selección de la mejor alternativa.
Seleccionar el robot educativo que mejor cumpla con el objetivo
propuesto.
Seleccionar las herramientas informáticas software y hardware para
aplicar en el prototipo a construir
Utilizar los SW y HW seleccionados para elaborar una aplicación
para la enseñanza de los diferentes componentes de la robótica.
Construir un prototipo didáctico, en el cual se indiquen los principales
elementos empleados en la robótica.
Realizar una evaluación de los conocimientos adquiridos por los
estudiantes para demostrar la metodología propuesta.
1. 3. JUSTIFICACIÓN
Actualmente la competitividad y productividad son de gran importancia en el
desarrollo de maquinarias en cualquier campo, esto conlleva a tener buenos
conocimientos de automatización para de esta manera tener los mejores
rendimientos.
7
Para todos es conocido la ventaja que tienen los robots sobre los humanos en lo
que se refiere a precisión, rapidez y economía de ahí que resulta de gran
importancia el estudio de la robótica trayendo beneficios no solo en el campo
tecnológico sino también en el educativo ya que utilizando las herramientas
informáticas el aprendizaje se lo realizaría de una manera más efectiva y
amigable.
Con conocimientos de robótica se podría de mejor manera automatizar las
maquinas diseñadas por los estudiantes, optimizar el tiempo de operación, mejorar
la producción, tener más precisión, etc.
Se ha observado que estudiantes de ingeniería tienen excelentes conocimientos de
su rama, pero carecen de experiencia en el diseño y construcción de prototipos o
maquinas experimentales que con la optimización de las mismas se puede mejorar
los equipos propuestos.
Se puede diseñar y construir con tecnología propia: robots educativos,
comerciales, industriales, etc utilizando nuestros propios recursos.
Si el país ya entro en la era espacial, se necesita personal con sólidos
conocimientos de robótica para continuar con el reto propuesto con tecnología
propia, para esto los centros de estudios del país deben implementar en sus planes
de estudios la robótica.
El método pedagógico a seguir seria el constructivismo, es decir que el estudiante
aprenda haciendo, utilizando las herramientas informáticas disponibles como son
microcontroladores, PicBasic Microcode, Proteus, Arduino, LabView,
laboratorios virtuales entre otros.
Una de las políticas del Ministerio de Educación es establecer los estándares de
calidad educativa que cuando se aplican a los estudiantes se refieren a los
conocimientos, destrezas y actitudes que estos deberían adquirir como
consecuencia del proceso de aprendizaje.
8
En este contexto el alumno estará en condiciones de exponer conocimientos sobre
la robótica, manipular elementos para estructurar un robot con actitudes
proactivas (motivada), colaboradoras y reactivas (hace el trabajo lo mejor que
puede).
Se realizaran algunos diseños utilizando el robot educativo, y se propondrá
realizar un diseño de un robot específico para poner en práctica los conocimientos
adquiridos. Se complementara todo este proceso con el aprendizaje y manejo del
prototipo diseñado.
Los ambientes de prueba serán teóricos (test) y prácticos con los estudiantes de
la Escuela de Ingeniería Mecánica sexto semestre que toman la materia de
electrónica, debido a que poseen conocimientos de Física, Matemática,
Electrotecnia, Dinámica, Mecanismos, etc.
Todo lo relacionado con la robótica está dentro las exigencias del MIE, ESPOCH,
UNESCO, Y PNVB, en donde se hace referencia a las tecnologías de la
información, comunicación, electromecánica y mejoras de las potencialidades de
la ciudadanía.
1.4. HIPÓTESIS
La metodología utilizando las herramientas informáticas mejora el aprendizaje de
la robótica en la Escuela de Ing. Mecánica de la ESPOCH en el sexto semestre
catedra de electrónica.
9
CAPÍTULO II
REVISIÓN DE LITERATURA
2.1. ANTECEDENTES Y ESTUDIOS PREVIOS
El ser humano siempre ha tenido el deseo de crear seres semejantes a nosotros
para que nos aligeren el trabajo diario, de ahí que siempre ha construido artefactos
que cumplan con ciertas funciones.
La robótica educativa y el uso de las tecnologías de información y comunicación
denominadas TICS representan una alternativa para fomentar el aprendizaje y la
investigación en los centros educativos.
Muchos trabajos se han realizado en este sentido a nivel internacional y nacional,
los avances tecnológicos que cada día se desarrollan permiten llevar con más
simplicidad la metodología para la enseñanza aprendizaje.
“La robótica es una rama multidisciplinarias de la tecnología que integran las
diferentes disciplinas como la mecánica, la electrónica, la informática, la
inteligencia artificial, la ingeniería de control y las telecomunicaciones”2
La robótica educativa adquiere cada día más importancia en las instituciones
educativas, por lo tanto los docentes no pueden estar ajenos a esta situación.
En nuestro país el estudio de la robótica se va integrando en forma acelerada en
las instituciones educativas a nivel escolar, secundario y universitario. “La
robótica educativa se basa en los principios pedagógicos del constructivismo, el
construccionismo, el enfoque histórico cultural y desarrollo de aprendizajes
significativos (López 2012). El construccionismo se fundamente en el uso de las
TIC en la educación”3.
10
En los últimos años la sociedad está experimentando una auténtica revolución
tecnología cambiando inclusive nuestra forma de vivir y conlleva a cambiar
nuestro entorno saturado por toda esta tecnología.
Con la robótica se pretende que los estudiantes participen de forma activa en el
proceso de enseñanza aprendizaje, construyen en si su propio conocimiento. “La
construcción del conocimiento, según Papert, comprende dos tipos de
construcción: la primera, interna, tiene lugar en la mente de las personas. La
segunda, externa, sucede cuando el estudiante está motivado y comprometido en
el diseño, construcción o demostración de una actividad o proyecto, cualquiera
que sea este, desde un robot de cartón, o un castillo de legos, o un robot
electrónico, hasta un programa de computadora(Papert, 2012)”4.
La robótica da a los estudiantes la satisfacción de ver funcionando algo construido
por ellos mismos, de esta manera la robótica fomenta la imaginación, desarrolla
la creatividad, trabajo grupal, toma de decisiones, solución de problemas y
permite la innovación.
El fracaso o éxito de un proyecto depende de la metodología a seguir, el
equipamiento tecnológico aunque es importante no es lo fundamental si no las
practicas pedagógicas a desarrollar, esto conlleva a que las instituciones
educativas junto con los docentes acepten el desafío, cambien e innoven
estratégicas donde la enseñanza aprendizaje se transforme en el pilar de
conocimientos, experiencia y problematización.
La tecnología será eficaz si en la educación se producen cambios de acuerdo al
entorno y época.
En definitiva la robótica es un espacio para la enseñanza aprendizaje activo, es
decir se enseña y aprende haciendo, un camino es aprender, estudiar y plantear
diferentes soluciones a un problema presentado. Elegir una de ellas,
implementarla, comprobarla y evaluarla, estimulando la creatividad y el trabajo
en equipo utilizando toda la tecnología que se dispone actualmente.
11
Se pretende que el estudiante adquiera habilidades, para estructurar
investigaciones y resolver problemas específicos desarrollando la creatividad.
En este ambiente de enseñanza – aprendizaje los estudiantes y docentes que
participan:
“Construyen estrategias para la resolución de problemas. Utilizan el
método científico para probar y generar nuevas hipótesis sobre la solución,
de manera experimental, natural y vivencial de cada estudiante.
Utilizan vocabulario especializado y construyen sus propias concepciones
acerca del significado de cada objeto que manipulan. Además, toman
conciencia de su proceso de aprendizaje y valoran su importancia, al
ocupar su tiempo libre en una actividad mental permanente y retadora.
Seleccionan las piezas de construcción como ejes, engranajes, poleas,
además de los actuadores y sensores que son más útiles según el diseño
que se ha propuesto. Amplían el currículo escolar atendiendo a sus
intereses e investigando dentro de su medio socio-cultural. Reconocen y
clasifican, tomando decisiones sobre la conveniencia del uso de ciertas
piezas, estimando el tamaño y el acople posible entre ellas.
Comparten sus producciones con la comunidad escolar y familiar, donde
se cuestionan, enriquecen y valoran. Construyen, programan y sincronizan
efectos que se integran en un proyecto construido por la totalidad del
grupo.
Determinan las estructuras más adecuadas y la dimensión de las
construcciones a partir de los recursos que poseen en el aula de clase o en
su entorno familiar. Desarrollan el sentido crítico acerca de sus creaciones
y las de sus compañeros, produciéndose un intercambio valioso de
experiencias que contribuyen al aprendizaje por medio del análisis y la
crítica constructiva. Interiorizan diversos conceptos tecnológicos, tales
como: diseño y construcción de prototipos propios o modelos que simulan
12
objetos ya creados por el hombre, aplicación de sensores, estrategias de
programación, control y sincronización de procesos.
Trabajan en equipo en busca de un mismo objetivo, en un ambiente lúdico,
que permite el desarrollo de la autoestima y las relaciones
interpersonales.” 5
Las primeras actividades de robótica son varias entre ellas conocimiento de
actuadores y captadores, elementos de construcción como piezas LEGO, y
primeros pasos en programación, siempre estimulando la creatividad y el ingenio.
“A mediados de los noventas, se inicia la utilización de diversos tipos de
plataformas de aprendizaje apoyadas por robots, se diversifica la oferta de cursos
en las universidades y colegios sobre robótica e igualmente, y en paralelo a esta
actividad, se inicia un nuevo campo de investigación y desarrollo que ha tomado
el nombre de Robótica educativa (Kumar, 2004). Al mismo tiempo, las empresas
asumen el desarrollo de materiales de apoyo a las actividades en el aula; ejemplo
de esto son Lego (Lego MindStorms [en línea]), VexRobotics (VEX Robotics [en
línea]) y los Ataos (Ata Epe [en línea]), quienes promueven una propuesta
pedagógica para ciencia y tecnología del grupo de investigación”6
El aprendizaje de la robótica, constituye el saber y el hacer sobre los robots, esto
implica tener conocimientos de diversas áreas para el diseño, construcción,
ensamble y puesta en funcionamiento de un robot con un fin específico. De igual
forma, la robótica se constituye en la participación activa de los ejes de
contenidos, inmersos en la educación en tecnología, como electricidad,
electrónica, mecánica, energía, sensores e informática.
El estudio de la robótica puede iniciarse desde dos puntos de partida. A partir de
la conceptualización (“el desarrollo o construcción de ideas abstractas a partir de
la experiencia: nuestra compresión consiente, no necesariamente verdadera del
mundo”)7 de la robótica o a partir del diseño y construcción de equipos robóticos,
ello se consigue con el apoyo de software para el diseño y simulación de los
13
robots y con la implementación de destrezas de aprendizaje de tal manera que se
logre motivar a los estudiantes.
Ilustración 1. Aprendizaje de la Robótica
Fuente: Aprendizaje de y con robótica, algunas experiencias-Revista Educación pag47.
“Los subsistemas de energía, sensórica, lógico, control y programación
complementan el estudio de la robótica y permiten que, una vez construido, el
robot atienda la necesidad o problemática para lo cual fue creado (Minguez,
Javier, et al., 2005); y, durante el proceso de diseño, creación y puesta en
funcionamiento, es posible el aprendizaje de temáticas de robótica, como
manipulación del robot, visión por computador, inteligencia artificial y
mecatrónica (Krotkov, 1996).
Para el aprendizaje de las temáticas de robótica, se han empleado kits creados para
tal fin, como los elementos de Lego Mindstorms, una de las plataformas de Lego
utilizadas en la educación. Galvan (2006) presenta la utilización de esta
plataforma para el aprendizaje sobre diseño y control de sistemas de manipulación
fijos, mediante el diseño, construcción y programación de un manipulador
robótico. Igualmente, la universidad de Lund (Lund, Suecia) ofrece cursos a los
estudiantes, utilizando el tablero base de LEGO 6.270, esta plataforma permite el
control de motores, utilización de sensores y la programación para el control del
robot con lo cual se facilita el aprendizaje de conocimientos básicos en robótica y
métodos de diseño (Fiorini, 2005)”.8
14
2.2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Hasta hace poco en edades tempranas no ha existido una enseñanza de robótica en
los centros de estudios, en la actualidad la robótica adquiere gran importancia es
así que muchos centros de estudio tienen esta temática empezando desde niveles
básicos y concluir con niveles avanzados, se podría indicar que los contenidos de
la robótica se deberían dar en tres pasos.
Experimentación con sensores, actuadores y programación (esto es parte
de la robótica educativa)
Diseño y construcción de robots (parte de la robótica pedagógica )
Uso del computador y programas informáticos para programación y
control, trabajos con simuladores o prototipos de robots para comprobar
funcionamientos.
En este entorno se conectan los planos educativos y tecnológicos, la influencia de
esta tecnología se empieza a desarrollar en nuestras jóvenes generaciones que en
si crecen y se desarrollan en un entorno inundado de tecnología, a esta generación
se las denomina nativos digitales.
“Nacieron en la era digital y son usuarios permanentes de las tecnologías con una
habilidad consumada. Su característica principal es sin duda su tecnofilia. Sienten
atracción por todo lo relacionado con las nuevas tecnologías. Con las TIC
satisfacen sus necesidades de entretenimiento, diversión, comunicación,
información y, tal vez de formación”9
Este tema merece mucha atención ya que los nuevos usuarios captan rápidamente
la información multimedia como imágenes, sonidos, etc., captan mejor que un
texto físico, ellos esperan y dan respuestas rápidas y porque no decirlo casi
instantáneas.
15
Los nativos digitales crecen con las nuevas tecnologías que cada día se desarrollan
entre ellos tenemos: equipos informáticos, videos, consolas, teléfonos móviles
internet, mail, en si forman parte integral de sus vidas. Puede afirmarse que los
nativos digitales lejos de ser una moda más bien es un fenómeno real que crece
firmemente con la tecnología.
“Por primera vez en la historia la generación de chicos actuales, nacidos entre
mediados de los noventa y principios del año 2000 se están introduciendo a/en los
medios (la cultura, el mundo, subjetividad,) a través del intermediario digital y ya
no a través del papel o de la imprenta”10
2.3. CONCEPTUALIZACIONES
2.3.1. NATIVOS DIGITALES. “La expresión nativo digital (“digital natives”)
fue acuñada por Marc Prensky en un ensayo titulado “La muerte de mando y del
control”, donde los identificaba con aquellas personas que han crecido con la Red
y los distinguía de los inmigrantes digitales (“digital inmigrants”), llegados más
tarde a las TIC”11
.
Se entendería como nativo digital a todas aquellas personas que crecen inmersos
en la tecnología digital, pudiendo indicar que en la situación actual nos
encontramos es una etapa de transición/adaptación.
Dentro de los próximos 20 años y según algunos cálculos el grupo de nativos
digitales podría constituir el 70% de la población global, es por esa razón que los
sistemas educativos tradicionales van perdiendo jerarquía.
2.3.2. ROBOT. “El Instituto Norteamericano de Robótica (RIA, por sus siglas en
inglés) define robot como “un manipulador multifuncional y reprogramable
diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales
mediante movimientos programados y variables que permiten llevar a cabo
diversas tareas” (Freedman, 1996).”12
16
“Karel Capek, un escritor checo, acuño en 1921 el término Robot en su obra
dramática “Rossum’s Universal Robots / R.U.R.”, a partir de la palabra checa
Robbota, que significa servidumbre o trabajo forzado.”13
Los robots en si son aparatos capaces de moverse de modo flexible, análogo al
que tienen los seres humanos, lo que permite realizar acciones en respuesta a
órdenes recibidas. Los robots podría clasificarse según su utilidad y así
tendríamos: industriales, espaciales, médicos, domésticos, sociales, agrícolas etc.
Un término que se ha vuelto muy familiar en la última década en todos los
niveles de la sociedad son las TICS, los centros educativos han integrado estas a
sus procesos de enseñanza-aprendizaje así como a procesos administrativos. Las
nuevas tecnologías se usan en los centros educativos de tres maneras como medio
de aprendizaje, medio para aprender y apoyo al aprendizaje.
2.3.3. TICS. “Las Tics son un conjunto de procesos y productos derivados de las
nuevas herramientas ( hardware y software), soportes de la información y canales
de comunicación, relacionadas con el almacenamiento, procesamiento y
transmisión digitalizados de la información de forma rápida y en grandes
cantidades (González et al, 1996: 413) siguiendo a Cabero (1996) los rasgos
distintivos de estas tecnologías hacen referencia a la inmaterialidad,
interactividad, instantaneidad, innovación, elevados parámetros de calidad de
imagen y sonido , digitalización, influencia más sobre los procesos que sobre los
productos, automatización, interconexión y diversidad”14
2.3.4. LA ROBÓTICA. “Es una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el
diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el
ser humano o que requieren del uso de inteligencia. Las ciencias y tecnologías de
las que deriva podrían ser: el álgebra, los autómatas programables, las máquinas
de estados, la mecánica o la informática”15
.
17
La robótica está definida por la Real Academia Española de la lengua de la
siguiente manera: Técnica que aplica la informática al diseño y empleo de
aparatos que, en sustitución de personas, realizan operaciones o trabajos, por lo
general en instalaciones industriales.
2.3.5. “LA ROBÓTICA EDUCATIVA. es un medio de aprendizaje, en el cual
participan las personas que tienen motivación por el diseño y construcción de
creaciones propias. Estas creaciones se dan en primera instancia de forma
mental y posteriormente en forma física, las cuales son construidas con
diferentes tipos de materiales y controladas por un sistema computacional, los
que son llamados prototipos o simulaciones.”16
La robótica educativa utiliza como recurso didáctico diferentes tipos de robot
para ensamblar elementos de tal manera que con una programación preestablecida
llegar al fin propuesto.
2.3.6. “LA ROBÓTICA PEDAGÓGICA. Es definida como una disciplina que
permite concebir, diseñar y desarrollar robots educativos para que los estudiantes
se inicien desde muy jóvenes en el estudio de las ciencias y la tecnología”17
Una vez que los estudiantes hayan adquirido conocimientos de robótica educativa
el siguiente paso será desarrollar un robot pedagógico, en si no hay mucha
diferencia entre robótica educativa y pedagógica, ya que en la primera los
elementos que conforman el robot ya están prediseñados, mientras que en
segundo caso se debe diseñar y construir los elementos
2.3.7. “EL MODELO PEDAGÓGICO. Es en consecuencia la representación de
las relaciones predominantes en el acto de enseñar. Es una herramienta
conceptual para entender la educación.”18
El propósito de los modelos pedagógicos es reglamentar y normalizar el proceso
educativo, indicando todo lo que se debería enseñar. Todo modelo pedagógico
18
tiene sus bases en los modelos: psicológicos del proceso de aprendizaje,
sociológicos, comunicativos y ecológicos
2.3.8. MEMORIA EEPROM. “(Electrically Erasable Programmable Read-Only
Memory) Memoria persistente donde se almacena datos que se desea que
permanezcan grabadas una vez apagado el microcontrolador para poderlos usar
posteriormente en siguientes reinicios. En el caso del Atmega328P esta memoria
tiene una capacidad de 1KB, por lo que se puede entender como una tabla de
1024 posiciones de un byte cada una.”19
2.3.9. SERVO MOTOR. “Los servomotores analógicos de pequeño tamaño
normalmente se componen de un motor de corriente continua, un juego de
engranajes para la reducción de velocidad, un potenciómetro ubicado sobre el eje
de salida (que se usa para conocer la posición) y una plaqueta de circuito para el
control. Los servos digitales contienen, al igual que los analógicos, un motor de
corriente continua, un juego de engranajes reductores, un potenciómetro para la
realimentación de posición y una electrónica de control embebida dentro del
servo. La diferencia está en la placa de control, en la que han agregado un
microprocesador que se hace cargo de analizar la señal, procesarla y controlar el
motor”20
2.4. MODELOS PEDAGÓGICOS
En la historia de la educación han existido muchos diseños de procesos
educacionales tomando en consideración la época y dependiendo de las
posibilidades que ofrece el desarrollo de la ciencia en esos momentos, es así que
la creación de modelos es una necesidad en la formación de las personas.
Los modelos pedagógicos son teorías que se caracterizan por tener bien definida
una línea de pensamiento e investigación, las cuales describen, explican y
permiten la comprensión pedagógica y pasan a ser referentes para los diferentes
contextos sociales.
19
“La práctica de la educación es muy anterior al pensamiento pedagógico. El
pensamiento pedagógico surge con la reflexión sobre la práctica de la educación,
como necesidad de sistematizarla y organizarla en función de determinados fines
y objetivos”21
“La transmisión de valores culturales, éticos, y estéticos entendida como
educación requiere también como actividad humana que es de la búsqueda de
métodos, vías y procedimientos que la hagan más eficaz y efectiva como para
hacer realidad el ideal de ser humano”22
Los modelos pedagógicos en si reglamentan y normalizan el proceso educativo
indicando que se debería ensenar, a quienes y con qué procedimientos. Así
tenemos algunos ejemplos de modelos existentes: tradicional, romanticista,
socialista, conductista, constructivista.
2.4.1. MODELO TRADICIONAL. Este modelo se caracteriza por ser
autoritario jerárquico, memorista y acrítica, dogmática, centrada básicamente en
el maestro y alejada del contexto estudiantil. Pretende la formación del alumno
con disciplina y rigidez en un orden absoluto, con conocimientos generales,
valores y habilidades heredados del conocimiento clásico.
“Entre los principales rasgos de esta corriente, en cuanto al modelo pedagógico
que determina se cuentan: la intención de hacer del individuo un hombre
disciplinado en la moral y en la virtud, se le incentiva en una actitud de sumisión,
respeto temeroso y poco cuestionador”23
Prima en este modelo la enseñanza sobre el aprendizaje, el trabajo del profesor
sobre la del alumno y los medios que se utilizan son la pizarra, tiza y la voz del
docente, aquí los estudiantes básicamente son receptores.
En cuanto a la evaluación se puede indicar que se realiza al final de una etapa para
comprobar el aprendizaje y decidir si resulta un éxito o fracaso.
20
“Se identifica por ser la escuela de la obediencia, puntualidad y trabajo mecánico
y repetitivo, su finalidad consiste en enseñar conocimientos específicos y las
normas aceptadas socialmente”24
2.4.2. MODELO ROMÁNTICO. “Este modelo plantea que lo más importante
para el desarrollo humano es el interior y este se convierte en su eje central. El
desarrollo natural de la persona se convierte en la meta y a la vez en el método de
la educación. Por ello se presume que el maestro debería librarse el mismo, de los
fetiches del alfabeto, de las tablas de multiplicar, de la disciplina y ser solo un
auxiliar o metafóricamente un amigo de la expresión libre, original y espontánea
de los seres humanos, los exponentes de este modelo son Rousseau,(Siglo XX)
Illich y A.S. Neil”25
“La principal meta de una escuela debe ser auxiliar a sus alumnos para que estos
sean capaces de encontrar la felicidad propia y es por eso que propone un modelo
muy diferente al de las escuelas tradicionales, que según él sólo consiguen
promover una atmósfera de miedo. Para que una persona sea feliz necesita
primero ser libre para escoger su propio camino. Es por eso que renuncia a
cualquier tipo de autoridad moral o jerárquica y jerarquía”26
La principal característica de este modelo es que se desarrolla en un ambiente
libre espontaneo y natural. La relación entre alumno y maestro es contraria al
modelo conductista ya que aquí el alumno determina lo que el maestro va hacer,
es decir es un auxiliar.
En este modelo no se evalúa, se considera que los saberes son legítimos y
valiosos por lo tanto no es necesario medirlos.
2.4.3. MODELO SOCIALISTA. “En este modelo los alumnos desarrollan su
personalidad y sus capacidades cognitivas en torno a las necesidades sociales para
una colectividad en consideración del hacer científico. El maestro es un
investigador de su práctica y el aula es un taller”27
21
“Modelo pedagógico socialista propone el desarrollo máximo y multifacético de
las capacidades e intereses del individuo. Tal desarrollo está determinado por la
sociedad, por la colectividad en la cual el trabajo productivo y la educación están
íntimamente unidos para garantizar no solo el desarrollo del espíritu colectivo si
no el conocimiento pedagógico polifacético y politécnico y el fundamento de la
práctica para la formación científica de las futuras generaciones”28
El modelo pretende formar individuos críticos de su papel activo, con
fundamentos en creatividad y reflexión, todo esto con miras hacia el cambio en el
sistema político, ideológico y educativo.
Se inicia a partir de la revolución socialista de 1917 y tiene como fin el desarrollo
multilateral de la personalidad, tal desarrollo está determinado por la sociedad.
En la pedagogía social se busca el crecimiento del individuo para una mejor
producción colectiva haciendo énfasis en el trabajo productivo. La relación
alumno - maestro es bidireccional.
2.4.4. MODELO CONDUCTISTA.- Conocido también como transmisionista,
tiene como meta moldear la conducta técnico productivo del individuo. El
maestro viene hacer un intermediario y el alumno un ejecutor. El rol principal del
maestro es guiar al individuo hacia el logro de un objetivo, los contenidos se
imparten empleando un método transmisionista y la evaluación se realiza durante
el proceso de enseñanza y tiene un control permanente de tal manera que se
cumplan los objetivos es decir se tiene un control y seguimiento continuo.
Una de las características de este modelo es el aprendizaje repetitivo y mecánico
fundamentado en la relación causa efecto, en cierta forma considera al individuo
como una máquina que luego de recibir información la transforma para obtener un
resultado.
“Este modelo pedagógico, fruto de la racionalidad instrumental, de la
racionalización y planeación económica de los recursos en la fase superior del
22
capitalismo (Florez 1997,167), sostiene que la conducta de los estudiantes puede
ser moldeada según sus necesidades de los procesos productivos técnicos.”29
2.4.5. MODELO CONSTRUCTIVISTA.- “El constructivismo tiene sus raíces
en la filosofía, psicología, sociología y educación. El verbo construir proviene del
latín struere, que significa ‘arreglar’ o ‘dar estructura’. El principio básico de esta
teoría proviene justo de su significado. La idea central es que el aprendizaje
humano se construye, que la mente de las personas elabora nuevos conocimientos
a partir de la base de enseñanzas anteriores. El aprendizaje de los estudiantes debe
ser activo, deben participar en actividades en lugar de permanecer de manera
pasiva observando lo que se les explica”30
EL método proyecta la formación de individuos netamente activos aptos de tomar
decisiones y emitir juicos de valor. La teoría constructivista se basa en la
construcción del conocimiento del individuo por medio de actividades
fundamentadas en experiencias.
El constructivismo representa un método para aplicar en esta era de información,
aprovechando las nuevas tecnologías que han surgido en los últimos años (wikis,
redes sociales, blogs...), los estudiantes tienen acceso a un mundo de información
ilimitada de manera casi instantánea, teniendo la posibilidad de controlar la
dirección de su propio aprendizaje.
Enlazando las nuevas tecnologías con la teoría constructivista, e investigando
como las tecnologías de la información aportan herramientas que al ser utilizadas
de manera efectiva en el proceso educativo, dan como resultado un aprendizaje
efectivo para el estudiante en la construcción de su conocimiento.
Para aplicar esta metodología necesariamente se debe cambiar el esquema
tradicional de enseñanza, donde el papel y el lápiz son los elementos principales
de instrucción, y cambiar a un nuevo estilo en el que se encuentren presentes las
aplicaciones de las nuevas tecnologías, esto aporta en una forma más efectiva la
manera de aprender, creando en los estudiantes una experiencias satisfactorias
23
para la construcción de su conocimiento. Se puede afirmar que le estudiante
aprende aquellos conceptos que ha construido, o que al menos a participado en su
construcción.
El eje del modelo constructivista es aprender haciendo. El maestro se convierte
en un facilitador del aprendizaje, contribuyendo al desarrollo de las capacidades
para pensar, idear, crear, construir y analizar. Para esto e necesita la participación
activa de profesores y estudiantes.
“De manera sintética se indica en la siguiente matriz algunos de los enfoques o
perspectivas de los constructivismos elaborados desde diferentes campos de
acción humana.”31
Tabla 1. Enfoques Constructivistas
Fuente: SUAREZ. M Las corrientes pedagógicas contemporáneas 2000 pág. 49
24
Los principales métodos que ofrece esta teoría según Reigeluth, Ch. (2000) son:
1. “Seleccionar un problema adecuado (o pregunta, caso o proyecto) centrar
el aprendizaje:
El problema debe ser interesante, pertinente y atractivo para
fomentar la posesión del mismo por parte del alumno.
El problema debe estar definido o estructurado de manera
insuficiente.
El problema debe ser real (como lo que hacen los profesionales).
El diseño del problema debe hacer referencia a su contexto,
representación y espacio de manipulación.
2. Proporcionar casos relacionados o ejemplos elaborados para facilitar
razonamientos basados en situaciones e intensificar la flexibilidad
cognitiva.
3. Proporcionar al alumno información seleccionada puntualmente.
La información disponible debe ser pertinente y de fácil acceso.
4. Proporcionar herramientas cognitivas para reforzar las técnicas necesarias,
incluyendo herramientas para la representación de problemas, la
formación del conocimiento, el apoyo a dicha representación y la
acumulación de información.
5. Proporcionar herramientas de conversación y de colaboración para ayudar
a las comunidades de discusión, de elaboración de conocimientos y/o de
alumnos.
6. Proporcionar apoyo social y contextual para el entorno de aprendizaje”32
El proceso de aprendizaje por el método constructivista requiere una gran
actividad por parte del estudiante capaz de plantear problemas, buscar soluciones
recopilar información diseñar y construir. Como un apoyo al constructivismo
aparece la tecnología educativa. “La tecnología educativa ha sido definida como
un conjunto de “ayudas de la enseñanza”. Es decir, se ha identificado como un
25
conjunto de medios físicos de equipos materiales que pueden ser utilizados por el
profesor en el proceso de enseñanza”33
Esta tecnología en sus inicios siguió el modelo conductista, actualmente aparece
la Tecnología educativa renovada en la cual se incorpora a en sus acciones la
libertad, actividad, trabajo grupal, colaborativo, etc por lo tanto se centra más en
el constructivismo aprender haciendo
26
En el siguiente cuadro se presenta un resumen de los métodos pedagógicos tratados .
Tabla 2. Métodos Pedagógicos
Fuente: Flórez, Rafael (1995), Hacia una pedagogía del Conocimiento, Bogotá, Mc GranwHill. Tomado de Posner (2000), pag. 31 -32. Análisis del Currículo, Bogotá, Mc.
GrawHill.
27
Toda la evolución de los métodos pedagógicos podría resumirse en el siguiente
cuadro como lo sugiere Felipe García.
Tabla 3. Evolución de los Métodos Pedagógicos
Fuente: F. GARCIA, JPORTILLO, J ROMO, MBENITO Nativos digitales y modelos de aprendizaje PAG5.
En este nuevo contexto la única finalidad no es utilizar herramientas de internet si
no de integrarlas en la práctica educativa, facilitando el aprendizaje grupal.
2.5. ROBÓTICA
En el mundo actual los robots han adquirido gran importancia, no solo en el área
industrial si no se puede afirmar que no hay área o sistema donde no se
encuentren, así tenemos que son útiles en exploraciones, viajes espaciales,
sistemas de seguridad, medicina, educación etc.
La robótica ha estado ligada siempre a la construcción de artefactos semejantes a
los seres humanos que nos descarguen el trabajo cotidiano, esto requiere de una
interfaz de sistema informático para comunicarse con el mundo real por medio de
sensores y actuadores.
28
Se podrían clasificar a los robots en tres grupos:
“Autónomos: Puede comunicarse con otros o con un sistema central, pero
los aspectos esenciales de funcionamiento se resuelven de forma
independiente.
Control automatizado: La mayor parte de la inteligencia del robot está
ubicado en un sistema central. Los sensores pueden ser locales o
globales. El sistema central les comunica a los robots las acciones que
deben realizar
Híbridos: Son robots autónomos que en ciertos momentos del proceso,
pueden ser controlados por humanos o por un sistema central”34
La misma arquitectura que tiene un computador podemos encontrar en un robot
así tendremos: unidad de procesamiento, unidad de entrada y unidad de salida.
Las unidades de procesamiento trabajan con los datos de entrada para dar datos de
salida. Las unidades de entrada o captadores son las que sirven para suministrar
información para su posterior procesamiento así tenemos sensores de tacto,
temperatura, presión, etc. Y finalmente la unidad de salida es en sí la que presenta
los resultados, en un robot vienen a ser los actuadores como motores, display,
relés, etc.
El desarrollo de los robots ha estado fuertemente influido por el avance
tecnológico, la información pertinente es fácilmente extraída por medio de
internet atreves de sus múltiples redes.
“En la actualidad expertos de varios campos trabajan en la investigación de
distintos temas de la robótica. Generalmente no es común que un solo individuo
domine todos los campos de la robótica, es natural esperar una subdivisión en un
nivel relativamente alto de abstracción parece razonable dividir la robótica en
cuatro áreas: manipulación mecánica, locomoción visión computacional e
inteligencia artificial”35
29
La robótica es una ciencia multidisciplinaria donde el trabajo colaborativo tiene su
mayor campo de acción ya que se requiere de conocimientos de mecánica,
eléctrica, electrónica, informática entre otros.
Desde los años 80 existe un gran incremento de la capacidad computacional y la
creación de nuevos sensores, mecanismos y sistemas de control los cuales
permiten al robot tener mayor autonomía en si se trata que él tenga la suficiente
inteligencia como para reaccionar y tomar las decisiones más adecuadas de
acuerdo a un programa. La autonomía del robot se basa en tareas de planificación
percepción y control.
En el Ecuador realmente no existen empresas dedicadas a la robótica , pero si
empiezan a surgir micro empresas dirigidas por jóvenes ingenieros que quieren
ingresar en este mercado estas microempresas están desarrollando tecnología
tanto de software como de hardware para diseños de robots dedicados alguna
aplicación en particular. Un gran aporte en el área de la robótica en el país se ha
desarrollado a nivel de universidades, existen trabajos desarrollados en este
campo por la Escuela Politécnica Nacional, Escuela Politécnica de Chimborazo
entre otras.
En la Escuela Politécnica Nacional “Iniciando la investigación en 1999, se
desarrolló la Simulación y Ensamblaje de un Prototipo para Control y Navegación
de un Robot Móvil. Se creó un programa en ambiente Windows 95/NT que simula
un robot móvil de tracción diferencial, el programa permite editar ambientes de
trabajo del robot. El prototipo ensamblado realiza tareas de navegación simple así
como tiene la capacidad de buscar caminos alternativos evitando obstáculos.
Adicionalmente, este robot tiene la opción de recoger información del medio
ambiente que está explorando.”36
En la Escuela Politécnica de Chimborazo “En la línea de los robots móviles se han
diseñado e implementado una serie de robots orientados a cumplir tareas
específicas como es el caso de: robot jugador de fútbol controlado por radio
frecuencia, robot de batalla controlado mediante dispositivo bluetooth, robot
30
bailarín, robot de seguridad para un local comercial, prototipo de asistente de
hogar; aspiradora autónoma”37
2.6. ROBÓTICA EDUCATIVA
“La Robótica Educativa se propone utilizar la robótica como un recurso didáctico.
Como disciplina pedagógica, tiene un modelo aún en desarrollo. De hecho su
nomenclatura tiene aún diversas variantes como Robótica Pedagógica, Robótica y
Educación y Robótica Aplicada a la Educación. Sin embargo, el método
didáctico más utilizado por la Robótica Educativa es el constructivista,
basado en el diseño, construcción, programación y testeo de los comportamientos
del robot, así como la colaboración y trabajo en equipo, como medio eficaz de
animar el proceso educativo.”38
Con la enseñanza de la robótica educativa se pretende activar procesos
cognitivos y sociales de tal manera dar un aprendizaje significativo, lo cual
permitirá ingresar con mejor aprovechamiento a la ciencia y tecnología, se
pretende integrar a los alumnos en las distintas áreas de la ciencia involucrándose
en un proceso de resolución de problemas.
Todas las acciones de la robótica educativa deben estar fundamentadas para la
acción de los alumnos debiendo crear, construir, programar y poner en
funcionamiento los robots.
El errar es una fuente de aprendizaje que puede utilizarse posteriormente para
mejorar la resolución de los problemas, se debe dar al alumno la mayor libertad en
la toma de decisiones ya que el docente no es más que un facilitador que puede
mostrar algunas alternativas de solución a los problemas propuestos.
“La Robótica Educativa ha crecido sustancialmente en los últimos años. La
disponibilidad de acceso a robots y plataformas de programación ha llevado en
algunos países a la utilización de robots en las escuelas medias. Muchos docentes
31
tienen especial interés en la introducción de robots en sus cursos para la
enseñanza de una variedad de temas que no son específicamente de robótica”39
La robótica educativa inicialmente pretende la creación de un robot utilizando
piezas ya construidas por ejemplo Lego, constituyendo así una alternativa de
aprendizaje o introducción en el mundo de la robótica.
Ilustración 2. Robots Educativos
Fuente http://tin1bach.blogspot.com/2011/02/tipos-de-robots.html.
La robótica educativa pretende crear un ambiente de aprendizaje dinámico,
multidisciplinario, individual y colaborativo para que de esta manera el alumno
pueda utilizar libremente sus conocimientos adquiridos referentes a tecnología,
ciencias de la información y comunicación.
Robot educativo es un conjunto de piezas que se utiliza en la enseñanza de la
robótica básica y está compuesto por tres módulos que son: de entrada
procesamiento y salida. Los equipos de robots educativos tienen la característica
de poder armar diferentes estructuras con piezas ya preestablecidas y muchas
veces con guías para formar diferentes robots que hacen inclusive múltiples
actividades
32
Ilustración 3. Robot Educativo Mindstorms.
Fuente: Robótica Educativa y Personal. http://ro-botica.com/es/tienda/LEGO-Education/LEGO-Mindstorms-
Education-NXT/.
Una dificultad dentro de las actividades de la robótica educativa ha sido la
selección más idónea del tipo de robot a adquirir y de un software adecuado, esta
interfaz debe ser amigable entre alumno y robot de tal manera que facilite la
utilización del equipo sin la necesidad de tener conocimientos previos de
programación o de armado de robots. En todo caso un interfaz de comunicación
debería ser para trabajar con diverso tipos de robots esto sería lo ideal, pero en
realidad las casas suministradoras de robots educativos tienen un software
específico para su equipo.
“La mayoría de las interfaces existentes para la programación de robots están
implementadas como extensiones de los lenguajes de programación más
conocidos como C, C++, Java y Python”40
Actualmente existe varios entornos gráficos de robots destinados justamente a la
robótica educativa con lo cual es más fácil el manejo para los alumnos, estas
MODULO DE
PROCESAMIENTO
MODULO DE ENTRADA
(CAPTADORES)
MODULO DE SALIDA
ACTUADORES
33
interfaces mantienen la influencia de una programación ordenada. La línea
Mindstorms utiliza por ejemplo la programación grafica de Labview.
Ilustración 4. Entorno de Programación Grafica
Fuente: Robótica Educativa y Personal. http://ro-botica.com/es/tienda/LEGO-Education/LEGO-Mindstorms-
Education-NXT/.
En la actualidad las interfaces graficas de programación son fáciles de aprender y
ejecutar y pueden sin problema ser utilizadas por los alumnos de una manera
amigable desarrollando la creatividad y favoreciendo el trabajo en equipo de tal
manera que intercambian conocimientos y experiencias que sirven para resolver
de mejor forma los problemas propuestos.
Los requerimientos que debería tener un equipo dedicado a la robótica educativa,
podrían ser:
FÁCIL DE USAR es decir el estudiante podría no tener conocimientos
previos de programación, el equipo debe ser intuitivo, fácil de usar y la
programación debería ser en forma gráfica.
INDEPENCIA DE LA PLATAFORMA Sería recomendable que el
software pueda usarse con diferente tipos de robots o simuladores
PORTABILIDAD la aplicación debería utilizarse con diferente sistemas
operativos y plataformas , disponibles en las instituciones educativas
34
FLEXIBILIDAD el equipo podría ser utilizado de manera eficiente tanto
por alumnos y docentes desde niveles básicos hasta niveles avanzados.
Actualmente existen varias empresas que comercializan robots educativos con
programación grafica como son:
MULTIPLO
LEGO MINDSTORM KT
KONDO
FISCHER TECHNIK
BIOLOID
“De las existentes, la que ha tenido una mayor aceptación en los usuarios es
LEGO con su producto RCX primeramente y actualmente con el MINDSTORM
NXT 2.0. Esta aceptación en los usuarios se debe a que LEGO trabajó en conjunto
con el laboratorio de medios del MIT, a mediados de los años ochenta. Este
laboratorio se encarga de realizar investigaciones sobre las teorías del aprendizaje,
y como resultado de esas investigaciones y la utilización de los productos LEGO,
se obtuvo un robot educativo como el de Mindstorm”41
2.6.1 MÚLTIPLO.
“La industria argentina desarrollo este kit destinado a la robótica educativa, el
equipo está compuesto por los tres módulos a saber: módulo de entrada, salida y
control programable. Tienen dos modelos el Brain M644 y el DuinoBot v1.2
implementados con microcontroladores Atmelm AVR ATmega644 y
ATMega32U4 respectivamente.
Prototipado electrónico y programación, basada en el microcontrolador AVR
ATMega32U4. Es ideal para el control de pequeños robots, gracias a sus salidas
de control de motores y a sus entradas analógicas para sensores. Cuenta con
comunicación USB 2.0”42
35
Ilustración 5. Robot Múltiplo
Fuente: http://www.robotgroup.com.ar/index.php/productos/181-placa-duinobot.
Este tipo de robot está diseñado para el aprendizaje de la robótica básica.
2.6.2 LEGO MINDSTORM KT
“LEGO® MINDSTORMS® NXT es la solución robótica completa de
aprendizaje a partir de 8 años hasta la universidad potenciando la creatividad,
aprendiendo jugando ciencia, tecnología, ingeniería, matemáticas y programación.
LEGO MINDSTORMS NXT es el sistema completo de robótica educativa más
popular, extendido y documentado del mundo”43
MULTIPLO
36
LEGO MINDSTORM KT
Ilustración 6. Elemento de Lego Mindstorm
Fuente: http://ro-botica.com/es/tienda/LEGO-Education/LEGO-Mindstorms-Education-NXT
Este equipo de robots prefieren utilizar los investigadores para realizar estudios de
aprendizaje, tiene a acuerdos con el Instituto de Massachussets para el desarrollo
de diferentes investigaciones en el campo de la educación específicamente del
conocimiento y aprendizaje. El equipo está compuesto por un módulo de entrada
conformado por varios sensores entre ellos, sensor de luz, sonido de distancia y
de color, por otro lado también está el sistema de actuadores conformado por
motores de continua y servo motores, y finalmente está el módulo de control
programable, este módulo trabaja con dos micro controladores de la marca Atmel,
el ATmega48/v y el AT91SAM7S256.
37
Ilustración 7. Actividades construir, programar y actuar.
Fuente: http://ro-botica.com/es/tienda/LEGO-Education/LEGO-Mindstorms-Education-NXT
El modulo tiene una interfaz USB y dispositivo bluetooth para comunicarse con
la computadora y de esta manera almacenar los programas que hayan sido
creados. Las actividades con este tipo de robot se pueden resumir en tres.
CONSTRUIR PROGRAMAR
ACTUAR
38
Construir.- se puede construir el robot siguiendo alguna instrucciones
mediante una guía.
Programar.- utilizando un programador grafico se le indica al robot que es
lo que tiene que hacer, para esto se tiene un software de programación
muy intuitivo, el programa pasa del computador hacia el módulo a través
del puerto USB o Bluetooth.
Actuar.- al correr el programa el robot toma vida.
2.6.3 KONDO
Presenta hace 11 años un kit robot humanoide son fabricados por la compañía
Kondo Kagaku Co.
Ilustración 8. Robot, elementos y actividad.
Fuente: http://www.roboticastreet.com/4-robots-humanoides-en-1-o-como-sincronizar-a-4-robots-kondo-khr/
“Los robots Kondo KHR son fabricados por la compañía Kondo Kagaku Co., una
compañía que entró en el campo de los robots de manera básica pero que con el
tiempo ha conseguido tener uno de los mejores kits, habitualmente usados como
robots de combate en la Robo-one de cada año”44
KONDO
39
Siendo este robot del tipo humanoide es muy utilizado para competiciones de
lucha entre robots, utiliza muchos servos, lo cual es una desventaja para utilizarlo
como robot educativo, además que su costo es elevado comparado con otros
equipos.
2.6.4 FISCHER TECHNIK
“Los productos de fischertechnik son juguetes educativos “Made in Germany” y
se fabrican en la sede de Waldachtal en la Selva Negra. Todos los kits de
construcción se pueden combinar perfectamente con otros. La gran aceptación
por parte de padres, educadores e ingenieros han hecho de fischertechnik un
vehículo de enseñanza exitoso en escuelas y universidades alrededor del
mundo.”45
Esta es una empresa que se dedica a la robótica educativa e industrial, sus
productos están fabricados con más sentido para el ambiente de las fábricas.
El equipo en si como los anteriores tiene los tres módulos con dispositivo USB y
Bluetooth para cargar los programas que el estudiante ha realizado en la
computadora, mediante un software propio de la empresa.
Tiene piezas más sofisticadas que otros robots educativos, razón por la cual es un
producto de más alto valor por ser más práctico.
40
Ilustración 9. Entorno de la Línea FISCHER TECHNIK.
Fuente: http://www.tecnodidacticos.com/catalogos/resources/catalogos/ft_general_es/pdf/catalogo.pdf
2.6.5 BIOLOID.
El equipo Bioloid es una plataforma robótica que se utiliza para construir robots
más complejos, como los casos anteriores tiene los tres módulos necesarios para
actuar, los elementos de salida son servo motores que utilizan un micro
controlador cada uno para su comunicación con el modulo controlador, la
comunicación es del tipo serie bidireccional, el módulo de entrada tiene tres
sensores para medir distancia, luminosidad y sonido. El modulo controlador está
integrado principalmente por un micro controlador Atmel ATMega128.
“El software GUI (interfaz gráfica) es gratuito y libre de licencia, lo que permite a
las instituciones educativas instalar el software en un número ilimitado de
ordenadores.”46
CONSTRUIR PROGRAMAR
ACTUAR
41
Ilustración 10. Fases de implementación de un robot bioloid.
Fuente: http://www.bestofrobots.es/robotis-bioloid-beginner-kit-robot.html
.
El robot se conecta al ordenador mediante un puerto serie estándar (o USB con
adaptador de Serie/USB) y la programación se realiza a través del software
suministrado que es fácil de usar. En resumen por lo anotado anteriormente se
puede indicar que este equipo no es el más idóneo para el aprendizaje de la
robótica básica, ya que cuenta con sistemas más complejos, por lo tanto lo hace
un equipo más costoso.
2.7. ROBÓTICA PEDAGÓGICA
Fundamentalmente la robótica pedagógica promueve entornos de aprendizaje
apoyados fundamentalmente en la actividad del estudiante, lo cual les da libertad
para diseñar, construir y poner en funcionamiento sus variados proyectos. Se
deberá tener un conocimiento más avanzado que la robótica educativa.
CONSTRUIR PROGRAMAR
ACTUAR
42
Alrededor del mundo en muchos países se ha creado como una nueva disciplina
educativa la robótica pedagógica, cuya finalidad es interactuar con robots de tal
manera que favorezcan los procesos cognitivos.
Una de las definiciones de la robótica pedagógica propone Martial Vivet la que
menciona: “Es la actividad de concepción, creación y puesta en funcionamiento,
con fines pedagógicos, de objetos tecnológicos que son reproducciones reducidas
muy fieles y significativas de los procesos y herramientas robóticos que son
usados cotidianamente, sobre todo, en el medio industrial”47
“Algunos autores consideran la robótica pedagógica como un paso más allá de la
informática educativa, en este sentido se empezaron a explorar los modelos
pedagógicos que se aplican en informática educativa y con base en ellos, se
esperaba diseñar un modelo que impulsara el uso de la robótica pedagógica en el
aula de clase”48
“La robótica pedagógica “...como una disciplina que permite concebir, diseñar y
desarrollar robots educativos para que los estudiantes se inicien desde muy
jóvenes en el estudio de las ciencias y la tecnología. La robótica pedagógica se ha
desarrollado como una perspectiva de acercamiento a la solución de problemas
derivados de distintas áreas del conocimiento como las matemáticas, las ciencias
naturales y experimentales, la tecnología y las ciencias de la información y
comunicación entre otras”.49
Dada la definición anterior debemos reconocer que las actividades dentro de la
robótica pedagógica es encargarse de estudiar el proceso de concebir, diseñar y
construir mecanismos robóticos.
En los centros educativos con el empleo de las nuevas tecnologías de la
comunicación e información, se busca crear ambientes de aprendizaje
multidisciplinarios donde se adquieran habilidades para estructurar, investigar y
resolver problemas específicos, la robótica pedagógica presenta una experiencia
para el desarrollo de la creatividad y pensamiento del estudiante.
43
La robótica pedagógica requiere un conocimiento más avanzado de los tres
módulos que conforman la robótica, es decir conocimiento de sensores,
actuadores y módulos de programación.
2.7.1 SENSORES – CAPTADORES.
“Los sensores son los elementos que detectan o censan cambios en el valor de una
variable medida”.50
En si son elementos sensibles a ciertas magnitudes físicas, como luz, temperatura,
humedad, etc., y transforman estas magnitudes físicas en señales eléctricas
generalmente de voltaje. Estas señales por lo general son amplificadas, antes de
su uso. Los sensores pueden emitir señales digitales o analógicas, usualmente se
requiere efectuar una conversión analógica a digital de esta manera la unidad de
control puede interpretar las señales del exterior.
“Una señal analógica es continua, y puede tomar infinitos valores. Una señal
digital es discontinua, y solo puede tomar dos valores o estados: 0 y 1, que
pueden ser impulsos eléctricos de baja y alta tensión, interruptores abiertos o
cerrados, etc”. 51
Existe una gran variedad de sensores, así tenemos de proximidad, térmicos,
ultrasónicos, infrarrojos, de luz, sonido, etc. A continuación se indica
características de los sensores más utilizados
Ilustración 11. Sensores-Captadores.
Fuente: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena5/4q2_contenidos_1a.htm
44
2.7.1.1. Sensor de Proximidad.- “Los sensores de proximidad son elementos
que detectan objetos o señales que se encuentran cerca del radio de acción del
sensor. Este tipo de sensores actúan según el principio físico que utilizan:
infrarrojos, ultrasónicos, magnéticos, capacitivos, etc.”52
Ilustración 12. Sensores de Proximidad.
Fuente: Galeon,Sensores de Proximidad,España,2010,http://sensoresdeproximidad.galeon.com/#ultrasonico
2.7.1.2. Sensor Térmico.- Los sensores de temperatura son dispositivos que
transforman los cambios de temperatura en señales eléctricas, existen algunos
tipos: los termistores que están basados en la variación de la resistencia del
elemento semiconductor en función de la temperatura. El problema de los
termistores es que no tienen un comportamiento lineal.
RTD (resistance temperatura detector) el principio de funcionamiento radica en la
variación de la resistencia de un conductor con la temperatura, existen de platino,
nique, cobre, molibdeno, los más comunes son los sensores de platino.
La termocupla es otro sensor de temperatura y está formado por dos metales,
cuyo principio de funcionamiento es el efecto termoeléctrico transformando el
calor en voltaje.
Existen también sensores térmicos que detectan la luz infrarroja con una longitud
de onda que corresponde a la luz que desprenden los cuerpos calientes.
45
Ilustración 13. Sensores Térmicos
Fuente: Galeon,Sensores de Proximidad,España,2010,http://sensoresdeproximidad.galeon.com/#ultrasonico
2.7.1.3. Sensor Ultrasónico.- Su principio de funcionamiento se basa en la
emisión y reflexión de ondas acústicas y en función del tiempo de rebote de la
onda contra un objeto se puede detectar la distancia.
Generalmente operan en rangos de frecuencia de 100 KHz y 13 MHz.
Ilustración 14. Sensor Ultrasónico.
Fuente: Galeon,Sensores de Proximidad,España,2010,http://sensoresdeproximidad.galeon.com/#ultrasonico
2.7.1.4. Sensor Infrarrojo.- El sensor infrarrojo es un sensor de luz, existen
encapsulados en donde se encuentran el emisor como el receptor, el receptor
suele ser un fototransistor o fotodiodo.
46
Es un proceso en el cual la corriente eléctrica es transformada en luz infrarroja
(emisor) mientras que el receptor detecta la luz infrarroja y la convierte en una
señal eléctrica.
Ilustración 15. Sensor Infrarrojo.
Fuente: Galeon,Sensores de Proximidad,España,2010,http://sensoresdeproximidad.galeon.com/#ultrasonico
2.7.1.5. Sensor de Luz.- Un sensor de luz o fotocélula es un dispositivo
electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Los sensores de luz
se basan en un fototransistor, el cual al recibir la luz realiza un cambio en la
corriente de base, y por lo tanto hay una variación de corriente en el colector lo
que provoca una variación de voltaje que luego es amplificada. Estas son señales
analógicas, que posteriormente se convierten en señales digitales.
Ilustración 16. Sensor de Luz.
Fuente: http://www.nxtorm.es/analogicos/sa-i-fotocelula.html
“Los fototransistores son los componentes más ampliamente usados como
receptores de luz, debido a que ofrecen la mejor relación entre la sensibilidad a la
47
luz y la velocidad de respuesta, además responden bien ante luz visible e
infrarroja”53
2.7.1.6. Sensor de Sonido.- El sensor de sonido tiene generalmente un
micrófono para captar las ondas audibles generadas y presentes en el espacio,
estas señales son amplificadas, las señales son analógicas por lo que deberán ser
convertidas en digitales si es necesario para su posterior procesamiento.
“El Sensor de Sonido detecta el nivel de decibelios: dB (todos los sonidos actuales
incluidos los que no percibe el oído humano) y dBA (sonidos que el oído humano
puede escuchar). Este sensor puede medir la presión del sonido por encima de los
90 dB. Las lecturas se despliegan en el Lego Mindstorms en forma de porcentaje:
4-5 % es el silencio de un dormitorio, 5 – 10 % es el sonido de una persona
hablando acierta distancia. De 10 a 30 % es el nivel de una conversación cercana
normal o de música a un volumen normal y del 30 al 100 % representa volúmenes
altos de conversación o de música. Estos rangos se asumen a una distancia de 1
metro entre la fuente de sonido y el sensor”.54
El decibelio se utiliza para
comparar la presión sonora presente en el aire o ambiente con una presión de
referencia.
Fuente: http://roble.pntic.mec.es/amoc0048/nxt/dosmarcos/sensor_de_sonido.htm
Ilustración 17. Sensor de Sonido.
48
2.7.2. MODULO DE CONTROL.-
Estos representan o son la parte principal del robot. En la robótica están formados
por microcontroladores y microprocesadores, estos tienen tres unidades que son:
unidad de entrada, salida y de procesamiento de datos (módulo de control)
Ilustración 18. Módulo de Control.
Fuente: López G. y Margni S. Funcionamiento de microcontroladores Introducción al funcionamiento básico
de microcontroladores PIC. 2003.
Los sensores y captadores van conectados al microcontrolador en sus respectivas
salidas o entradas en forma directa o indirecta. El sistema de control puede ser
diseñado también con circuitos integrados sencillos o complejos dependiendo de
las entradas o salidas que sean necesarias y también de las variables a controlar
entre otras consideraciones.
El microprocesador es un sistema con el que se puede construir un computador,
para esto será necesario acoplar los módulos necesarios, en cambio el
microcontrolador es un dispositivo que contiene un computador completo pero
de prestaciones limitadas que no se pueden cambiar.
“Un microcontrolador es un circuito integrado que contiene todos los
componentes de un computador. Se emplea para controlar el funcionamiento de
una tarea determinada y, debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el
propio dispositivo al que gobierna. Esta última característica es la que le confiere
49
la denominación de «controlador incrustado» (embedded controller). Se dice que
es “la solución en un chip” porque su reducido tamaño minimiza el número de
componentes y el costo.
Ilustración 19. Estructura de un Microprocesador.
Fuente: López G. y Margni S. Funcionamiento de microcontroladores Introducción al funcionamiento básico
de microcontroladores PIC. 2003.
Los microprocesadores se han desarrollado básicamente orientados a los
computadores personales, ya que en estos se requiere realizar numerosos
cálculos, manejo de gran cantidad de memoria y gran velocidad de
procesamiento. Los microcontroladores en cambio son utilizados en aplicaciones
puntuales, donde se realiza un pequeño número de tareas pero esto debe ser a un
bajo costo, es así que el ejecuta un programa almacenado en su memoria y
trabaja con datos para interactuar con el exterior a través de puertos de entrada y
salida.
“En su memoria sólo reside un programa destinado a gobernar una aplicación
determinada; sus líneas de entrada/salida soportan la conexión de sensores y
actuadores del dispositivo a controlar. Una vez programado y configurado el
microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada”.55
50
Los microcontroladores más utilizados para robótica pedagógicas son los PIC de
MICROCHIP TECHNOLOGY INC Y ATMEGA DE ATMEL en sus diferentes
presentaciones.
Ilustración 20. Microcontroladores Pics.
Fuente: López G. y Margni S. Funcionamiento de microcontroladores Introducción al funcionamiento básico
de microcontroladores PIC. 2003.
2.7.2.1. Microcontrolador PIC.- (Peripheral interface controller), que son
fabricados por la empresa MICROCHIP TECHNOLOGY Inc. Existe una gran
variedad de modelos, los más populares son: 16F628A y el 16F877A.Como se
indicó un microcontrolador es un circuito integrado (CI) que tiene toda la
arquitectura del computador, así CPU, memoria RAM, EEPROM, y bloques de
entrada y salida.
Estos PIC utilizan la arquitectura Harvard, por lo que dispone de dos memorias
independientes una de instrucciones y otra de datos, es posible realizar
operaciones de escritura o lectura simultáneamente.
Sus principales componentes son:
“Memoria ROM.- (Memoria solo de lectura)
Memoria RAM.- (Memoria de acceso aleatorio)
Puertos de entrada/salida (I/O)
Lógica de control.- Coordina la interacción entre los demás bloques”56
51
Ilustración 21. Datos característicos de algunos PIC.
Fuente: CORRALES SANTIAGO – Electrónica practica con microcontroladores 2006
Ilustración 22. PIC 18F4550
Fuente: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39632c.pdf
Los programadores de PIC realizan su comunicación con el computador a través
de puertos, serie, paralelo y USB
52
Ilustración 23. Programador de PIC serie y USB.
Fuente: CORRALES SANTIAGO – Electrónica practica con microcontroladores 2006
Los lenguajes de programación de alto nivel pueden ser: PIC Basic, Pascal y C
2.7.2.2. Microcontrolador ATMEGA.-
El microcontrolador ATMEGA pertenece a la familia de ATMEL, esta marca es
líder de la industria en el diseño y fabricación de microcontroladores. Hay una
gran variedad de microcontroladores ATMEGA, su velocidad y potencia
dependerá del modelo, puertos de entrada, puertos de salida, etc. Internamente
tiene osciladores, resistencias pull up, modulación por anchura de pulso (PWM)
convertidor ADC, comparador analógico, cronómetros entre otros. Su
programación es posible realizar en lenguaje C, Assembly o Basic, todo esto en
un solo circuito integrado.
Tabla 4. Datos del ATMEGA 2560
Fuente: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/107092/ATMEL/ATMEGA2560.html
El Atmega puede ser programado por puerto serie, paralelo o USB .
53
Ilustración 24. Programador USB para ATMEGA.
Fuente: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/107092/ATMEL/ATMEGA2560.html
Como su similar PIC dispone normalmente de los siguientes componentes:
Procesador o CPU (Unidad Central de Proceso).
Memoria RAM para contener los datos.
Memoria para el programa tipo ROM/EPROM/EEPROM/Flash.
Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.
Ilustración 25. Microcontrolador ATMEGA 2560.
Fuente: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/107092/ATMEL/ATMEGA2560.html
2.7.2.3. Placa de desarrollo PINGÜINO
La placa o tarjeta Pingüino es similar a la placa Arduino, pero usa los
microcontroladores Microchip PICs mientras que Arduino utiliza micros de la
54
marca ATMEL. Pingüino es también software y hardware libre, muchos lo
consideran un clon de la placa Arduino, esta placa tiene incorporado un puerto
USB.
Ilustración 266. Placa de desarrollo PINGUINO
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=placa+pinguino+18f4550
El lenguaje de Pingüino es compatible con Arduino, pero no tiene capacidad para
incluir las librerías. Pingüino está disponible para GNU/Linux, Windows y Mac
OS X. El proyecto pingüino se inicia en Francia en el año 2008 su principal
ejecutor es el Ing. Jean Pierre Mandon
Fuente:http://pinguino.blog.com/
55
2.7.2.4. Placa de desarrollo ARDUINO.- Arduino aparece en el 2005 en el
Instituto Interactivo de Ivrea (Italia), ante la necesidad de contar con un
dispositivo para utilizar en las aulas y que fuera de bajo costo, además que
funcionara con cualquier sistema operativo.
Arduino en si es una placa de hardware libre y software libre. “Según la Free
Software Foundation (http://www.fsf.org), organización encargada de fomentar el
uso del Software libre a nivel mundial, un software para ser considerado libre ha
de ofrecer a cualquier persona u organización cuatro libertades básica e
imprescindibles.
Libertad 0: la libertad de usar el programa con cualquier propósito y en
cualquier sistema informático.
Libertad 1: la libertad de estudiar cómo funciona internamente el programa, y
adaptarlo a las necesidades particulares. El acceso al código fuente en un requisito
previo para esto
Libertad 2: la libertad de distribuir copias
Libertad 3: la libertad de mejorar el programa y hacer públicas las mejoras a
los demás, de modo que toda la comunidad se beneficie. El acceso al código
fuente es un requisito previo para esto.”57
Arduino es también hardware libre (open source) lo que permite que se pueda
entender, estudiar el funcionamiento del mismo para si es necesario modificar,
mejorar, reutilizar y compartir dichos cambios.
56
Ilustración 277. Placa Arduino Mega.
Fuente: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/107092/ATMEL/ATMEGA2560.html
DATOS DEL ARDUINO MEGA
“Microcontroller ATmega2560
Operating Voltage 5V
Input Voltage (recommended) 7-12V
Input Voltage (limits) 6-20V
Digital I/O Pins 54 (of which 15 provide PWM output)
Analog Input Pins 16
DC Current per I/O Pin 40 mA
DC Current for 3.3V Pin 50 mA
Flash Memory 256 KB of which 8 KB used by bootloader
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Clock Speed 16 MHz”58
Arduino es una placa PCB (Printed Circuite Board), existen algunos modelos de
diferentes características, pero pertenecientes a la misma familia por lo que su
funcionamiento es muy parecido entre sí. Actualmente es una de las placas más
utilizadas en robótica.
Arduino utiliza microcontroladores Atmega así por ejemplo Arduino UNO utiliza
el modelo Atmega 328P de la marca Atmel.
57
Arduino se conecta al computador mediante puerto USB y tiene un sin número de
entradas y salidas (pines) dependiendo del modelo para conexión con sensores y
actuadores como motores, relés, diodos, parlantes etc. Todos estos pines digitales
funcionan a 5 voltios y tienen una capacidad de corriente máxima de 40MA.
También Arduino posee entradas analógicas que pueden recibir voltajes dentro de
un rango entre 0 y 5 voltios, la placa puede trabajar solo con valores digitales, por
lo que la placa tiene incorporada un conversor analógico/digital
“El software de programación para Arduino es fácil de utilizar y está disponible
para Windows, Mac y Linux sin ningún costo.”59
2.7.3. ACTUADORES.-
“La función de los actuadores es realizar una acción mecánica en respuesta a una
señal de entrada, que en el caso de los actuadores eléctricos es eléctrica, pero que
puede ser también neumática, hidráulica o mecánica.” 60
En robótica los actuadores son los encargados de dar movimiento a la estructura
del robot, es decir suministran energía mecánica. Existen actuadores lineales y
rotativos, pudiendo clasificarse en eléctricos, neumáticos e hidráulicos.
Los actuadores por lo general no van conectados directamente al módulo de
control, sino que lo hacen a través de unidades de acondicionamiento.
Los más utilizados como actuadores son los eléctricos y en su gran mayoría
corresponden a motores de corriente continua, alterna, motores paso a paso, servo
motores, etc.
En si los motores eléctricos a través del campo magnético transforman la energía
eléctrica en energía mecánica.
58
2.7.3.1. Actuadores Eléctricos.- Los actuadores eléctricos más utilizados en
robótica son los motores, sean estos de corriente continua, corriente alterna o
especiales.
Motores de Corriente Continua.- Existen motores de corriente continua de
varios tipos así tenemos: shunt, excitación independiente, serie, imán permanente,
etc. Los más utilizados en la robótica son los de Imán permanente.
Los actuadores eléctricos más utilizados en robótica son los motores, sean estos
de corriente continua, corriente alterna o especiales.
Ilustración 288. Motor de corriente continua.
.
Fuente: X-ROBOT. http://www.x-robotics.com/motorizacion.htm
La principal característica de estos motores es que la velocidad es directamente
proporcional a la variación de voltaje de entrada, por lo que mediante salidas
PWM se puede regular fácilmente la velocidad. En los motores de imán
permanente y de excitación independiente se consigue el cambio de giro del
motor con solo cambiar la polaridad de la alimentación.
Una desventaja de estos motores, es que necesitan mayor mantenimiento por los
carbones del colector.
Motores Paso a Paso.- Este tipo de motor posiciona su eje en puntos fijos o
pasos, y puede mantener esa posición, eliminando en parte los problemas de
59
inercia que tienen los otros motores. Está construido por imanes permanentes
ubicados en el rotor y un grupo de bobinas que se encuentran en el estator, estas
bobinas son las que atraen al polo magnético del rotor y así se genera su
movimiento en pasos.
Se utilizan en mecanismos donde se requiere mucha precisión en los
movimientos. Los pasos pueden variar desde 1.8 grados hasta 180 grados, pueden
mediante programación apropiada generar hasta medio paso.
Ilustración 29. Motores Paso a Paso
Fuente: http://tienda.bricogeek.com/motores-paso-a-paso/422-motor-paso-a-paso-9-kg-cm.html
Existen motores paso a paso de dos tipos: bipolar y unipolar. En el bipolar el
control es un poco complicado y son generalmente de cuatro cables. El más
utilizado es el unipolar y se caracterizan por tener un control realmente simple,
suelen tener 5 o 6 cables dependiendo del conexionado interno.
Motores Servo.- “ El servo es un pequeño pero potente dispositivo que dispone
en su interior de un pequeño motor con un reductor de velocidad y multiplicador
de fuerza, también dispone de un pequeño circuito que gobierna el sistema. El
recorrido del eje de salida es de 180 grados en la mayoría de ellos, pero puede
ser fácilmente modificado para tener un recorrido libre de 360 grados y actuar
así como un motor.” 61
60
Ilustración 30. Servo Motor
Fuente: http://www.pyroelectro.com/tutorials/servo_motor/servomotor.html
El principio de funcionamiento se basa en comparar dos señales PWM, la interna
generada por el circuito del servo motor y la otra generada por el
microcontrolador, la diferencia de estas modifica la posición del eje hasta que los
valores se igualen en consecuencia el servo para en esa posición.
Los servo motores disponen de tres cables, dos para la alimentación y el otro que
trae los pulsos de control desde el microcontrolador, por lo general los cables
corresponden a rojo (positivo), negro (negativo), amarillo/ naranja (control).
La posición del servo es controla por la anchura del pulso del PWM.
Todos los actuadores anteriormente indicados corresponden actuadores rotativos
2.7.3.2. Actuadores Neumáticos.- Los actuadores neumáticos utilizan como
fuente de energía el aire a presión, son básicamente de dos tipos motores y
cilindros neumáticos. Existen motores neumáticos de aletas rotativas, y de
pistones.
Los cilindros neumáticos son análogos a los motores neumáticos, la diferencia
está en que el movimiento es rectilíneo y controlado por varias válvulas de
distribución. Con los cilindros de doble efecto se tiene buen control de posición y
velocidad.
61
Ilustración 31. Cilindro Neumático.
Fuente: www.microautomacion.com/catalogo/Actuadores.pdf
“Los cilindros neumáticos son unidades que transforman la energía potencial
del aire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras. Básicamente
consisten en un recipiente cilíndrico provisto de un embolo o pistón”62
2.7.3.3. Actuadores Hidráulicos.- Son actuadores cuya fuente de energía es
hidráulica y son análogos a los neumáticos, ellos utilizan como fluido el aceite,
naturalmente los dos fluidos tienen características distintas, parámetros para
tomar en consideración son la compresividad y viscosidad.
Estos actuadores no son muy rápidos al igual que los neumáticos existen motores
y cilindros, así tenemos motores de engranajes, de aletas de pistones, como
también existen los cilindros hidráulicos que dan movimientos rectilíneos
Algo importante que indicar es que los sensores y actuadores se conectan al micro
a través de sistemas de acondicionamiento, es decir estos son un enlace entre el
micro y los módulos de entrada y salida, los acondicionadores para los sensores
son amplificadores, divisores de voltaje, resistencias de pull-up etc., mientras que
los actuadores lo hacen a través de triac, relés, transistores etc.
62
Ilustración 32. Actuadores Hidráulicos.
Fuente: www.microautomacion.com/catalogo/Actuadores.pdf
.8. DISEÑO DEL PROTOTIPO
“Se denomina prototipo didáctico a todo tipo de material audiovisual, software
educativo, modelos tridimensionales y demás material útil en el proceso
enseñanza-aprendizaje que sirva de apoyo para el logro de algún objetivo de
cualquier asignatura del plan de estudios vigente de la carrera cursada” 63
La estructura básica propuesta para el prototipo se basa en los subsistema de
bancada o soporte, alimentación de energía, sensores, actuadores, interfaz de
control, en si está conformado por los tres módulos necesarios para la robótica, es
decir módulo de entrada, módulo de salida y módulo de control.
2.8.1. SUBSISTEMA DE BANCADA O SOPORTE.
En si es la estructura de soporte de todos los elementos que conforman el
prototipo pudiendo ser de plástico transparente, metal o mixto, de tal manera que
se pueda observar los elementos que lo conforman
2.8.2. SUBSISTEMA DE ALIMENTACION DE ENERGIA.
Es cualquier elemento que proporcione la energía para alimentar al prototipo,
pudiendo ser de corriente alterna o corriente continua, en este caso se emplea los
dos tipos de corriente CA y CD por lo que se emplea un transformador de
múltiple devanado para obtener algunos voltajes y se usa rectificadores para
obtener CD.
63
Ilustración 33. Diagrama de módulos del prototipo
Autor: Iván Cantos.
64
Autor: Iván Cantos.
SUBSISTEMA
FUNCIONES
SISTEMA MODULO DE ENSEÑANZA (PROTOTIPO)
BANCADA/SOPORTE SUMINISTRO/ENERGIA SENSORES/CAPTADORES
SOPORTE DE LOS ELEMENTOS
PROVEER ENERGIA AL SISTEMA AC/DC
RECEPTAR SEÑALES DIGITALES/ANALOGICAS
ACTUADORES
ACTIVAR ELEMENTOS ROTATIVOS/LINEALES
PROCESAR SENALES E INFORMACION
INTERFAZ/CONTROL
ESTRUCTURA AC/DC S.DIGITALS.
ANALOGICAS CONTROLADOR INTERFAZ
PULSADORFINAL CARRERA LDR POTENC.UNIDAD DE
PROCESAMIENTO
UNIDADACONDICION
PARA SENS
MODULO CONEXION
UNIDAD ACOND ACTUADORES
INTERFAZHUMANO MAQUINA
HMIPG
Ilustración 34. Sistema Modulo de Enseñanza
65
2.8.3 SUBSISTEMA DE SENSORES.
Son elementos que captan el entorno, principalmente están conformados por
interruptores, elementos infrarrojos, foto resistencias, etc. En el prototipo se utiliza
los de mayor uso tanto digitales como analógicos, así tenemos: sensores de luz, de
presión, de temperatura, pulsador, final de carrera y potenciómetro.
Ilustración 35. Sensores de Entrada
Autor: Iván Cantos.
2.8.4 SUBSISTEMA DE ACTUADORES.
Formado principalmente por motores de corriente alterna, continua, servo motores,
motores PAP.
Ilustración 36. Actuadores
Autor: Iván Cantos.
66
2.8.5 SUBSISTEMA DE INTERFAZ DE CONTROL.
Este sistema se encarga de procesar las señales provenientes de los sensores y dará
las señales respectivas de acuerdo a una programación previa a los actuadores para el
correcto funcionamiento del equipo proyectado.
La programación debe ser lo más sencilla y en lo posible será gráfica, por lo que
habrá que seleccionar el software más conveniente para estas aplicaciones de la
robótica. Se selecciona sensores y actuadores de mayor uso, así como el
microcontrolador que mejor cumpla los requerimientos de la robótica.
En lo que se refiere a la programación del microcontrolador, se analiza los programas
que puedan usarse con la serie Arduino que es el microcontrolador que se selecciona
para el prototipo. Los programas que mayor uso tienen dentro de la ingeniería para
programación en el campo de la robótica con programación para Arduino son
LABVIEW y MATLAB.
“LABVIEW.- (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) es un
sistema de desarrollo basado en programación grafica orientado a desarrollar
aplicaciones para instrumentación que integra una serie de librerías para
comunicación con instrumentos electrónicos como GPIB, RS232 O RS485 con
tarjetas de adquisición de datos, sistemas de adquisición y acondicionamiento
como VXI o SCXI, comunicaciones en redes TCP/IP, UDP, o en los estándares de
software COM,OLE,DDE,DLL o ActiveX para Windows, así como AppleEvents
para MacOS o PIPE para UNIX. Los programas realizados en Labview se llaman
instrumentos virtuales “VIs”, ya que tienen la apariencia de los instrumentos reales,
sin embargo, poseen analogías con funciones provenientes de lenguajes de
programación convencionales.” 64
67
Ilustración 37. Panel frontal y diagrama de bloques con Labview
MATLAB
“MATLAB es el nombre abreviado de MATrix LABoratory. MATLAB es un
programa para realizar cálculos numéricos con vectores y matrices. Como caso
particular puede trabajar también con números escalares tanto reales como complejos
con cadenas de caracteres y con otras estructuras de informaciones más complejas.
Una de las capacidades más atractivas es la de realizar una amplia variedad de
gráficos en dos y tres dimensiones. MATLAB tiene un lenguaje de programación
propio”65
MATLAB es desarrollado por The Mathworks y es un software propietario, para su
uso se debe conocer las instrucciones o códigos ya que estas se ejecutan una detrás
de otra.
Ilustración 38. Ventana de Matlab con diferentes secciones
68
CAPÍTULO III
MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
La investigación a realizarse es cuasi-experimental ya que los elementos a ser
tratados en el ambiente de pruebas no serán tomados al azar, sino que se los tendrá
definidos antes de realizar dicho ambiente.
Además los grupos de estudio ya están establecidos para la investigación, en este
caso los estudiantes de la Escuela de Ingeniería Mecánica que toman la asignatura de
Electrónica básica y estableciendo que se manipulara la variable independiente en
este proceso.
Tabla 5. Distribución de los grupos de investigación.
GRUPOS
ASIGNACION
MEDICION
ANTES
MEDICION
DURANTE
MEDICION
DESPUES
VARIABLE
A Intencional M1A M2A M3A X1
B Intencional M1B M2B M3B X2
Fuente: Iván Cantos.
Dónde:
X1 = aplicación del modelo propuesto (Robot educativo, prototipo y robot
pedagógico)
X2= sin aplicación del modelo
Universo y población
La investigación está dirigida a los estudiantes de Sexto Semestre de la Escuela de
Ingeniería Mecánica que toman la catedra de Electrónica Básica de la Facultad de
Mecánica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
69
Tabla 6. Estudiantes del 6to. Semestre Escuela de Ingeniería Mecánica
ESTUDIANTES DE ELECTRONICA
NUMERO NOMBRE
29 AL1, AL2,…………………………………….AL29
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Determinación de la muestra
Dado que la población de estudio es un número fijo se procede a determinar del total
de la población los dos grupos de estudio, utilizando el método del azar para
separarlos y para los grupos de trabajo en las prácticas se lo hará por afinidad.
Tabla 7. Estudiantes del Grupo A
GRUPO A – VARIABLE X1
NUMERO ALUMNO
15 A1, A2, ……………………………………………A15
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Tabla 8. Estudiantes del Grupo B
GRUPO B – VARIABLE X2
NUMERO ALUMNO
14 B1, B2,……………………………………………..B14
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
70
Tabla 9. Selección de los equipos técnicos y humanos.
Elemento Criterio de
selección
Población Elección Muestras
seleccionadas
Características Selección
Métodos Pedagógicos
Métodos
Existentes
Requerimientos
necesarios
Tradicional,
Socialista, Conectivista,
Constructivista,
Romántico Conductista
Mas utilizados
Tradicional
Transmisionista Romántico
Constructivismo
Socialista
Activo
Colaborativo Centrado/alumno
Evaluación por
Procesos Maestro
facilitador.
Creativo Libertad
Alternativas de
solución Aprendizaje
dinámico
Constructivismo
Robots
Educativos
Bioloid…. Mindstorm
Fischertechnik…
Kondo Varta
Hitec Ollo
Mas utiliza dos en
educación
Bajo costo
Bioloid….
Mindstorms
Fischertechnik… Kondo
Fácil adquisición
Precio Didáctico
Fácil de usar
Pgrm grafica Comunicación
Portabilidad Independencia de
la plataforma.
Mindstorms
Microcontroladores
Aplicados a robótica
Atmel ARDUINO
Intel
Texas instrument Pics
PINGUINO
Más usados Adaptable
Bajo costo
Pics Atmel
ARDUINO
PINGUINO
SW libre
HW libre Costo
Disponibilidad
Expansion Usuarios docum
Pgrm directa
Librerias desarr. Librerias probad
ARDUINO
Software afines
Educativo Industrial
Lab View
Matlab Ardublock
Miniblock
Uso común
LabView Matlab
Pgrm grafica
Licencia Trabaja con
Arduino.
LabView
Alumnos
Conocimientos eléctrica
Electrónica
Mecánica Activos
Escuela de
Ingeniería
Mecánica
Intencional
Estudiantes de
Sexto semestre
Conocimientos
de electrónica
Estudiantes de
electrónica
Fuente: Iván Cantos.
3.2. TIPO DE ESTUDIO
Por la naturaleza de la investigación se considera que el tipo de estudio que se va a
realizar es una investigación descriptiva y aplicada ya que se utilizará el
conocimiento para realizar un estudio comparativo de Metodologías, de tal modo de
encontrar la mejor para ser aplicada en la enseñanza de la robótica educativa.
71
Con la robótica pedagógica se busca que el estudiante aplique los conocimientos
adquiridos y los lleve a la práctica utilizando materiales y dispositivos existentes o
promoviendo la utilización de nuevos materiales o dispositivos de nueva generación
con la finalidad de resolver los problemas presentados, de esta manera se mejora el
sistema de enseñanza aprendizaje y se promueve el desarrollo tecnológico.
Se utilizará el método científico que está implícito en esta investigación, donde el
diseño es experimental debido a la manipulación de variables y el resultado de las
evaluaciones nos permite inferir el criterio de los usuarios de esta investigación.
La investigación se aplica en dos grupos de estudiantes de la escuela de ingeniería
mecánica que toman la asignatura de electrónica básica para posteriormente tomar
como muestra estudiantes al azar y con ello determinar su aplicabilidad.
Este método permite que las ideas y conceptos expuestos en este proyecto de tesis
sean verificables, además que sirven para recopilar la información necesaria para
encontrar la metodología y tecnología adecuada a ser aplicada en el ambiente de
prueba.
Método Deductivo: debido que al estudiar en forma general diferencia los
componentes hardware y software de los robots, tratando de encontrar una tecnología
que contenga las mejores características para ser usadas como verdaderas
herramientas didácticas. El Método Comparativo: permite comparar las
metodologías y/o tecnologías a ser aplicadas.
Se utiliza las siguientes técnicas: Observación directa en los espacios donde el
estudiante realiza sus actividades, se manejará las iniciativas tanto del maestro como
de los estudiantes, la intuición como punto de partida para resolver problemas, el
razonamiento lógico que se utiliza por la experiencia, la recopilación de información
tanto de fuentes directas como de indirectas que son textos, revistas, documentos, o
encuestas y entrevistas a las personas que intervienen en el proceso enseñanza
aprendizaje, el análisis de todo el material y como siempre las pruebas que deben
realizarse para determinar la valía del trabajo.
3.3. MÉTODOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS
Se utilizó para este proyecto de tesis los siguientes métodos de investigación:
72
Método de Análisis: Ya que para llegar a la propuesta de solución se tuvo que
desglosar los elementos inherentes a la implantación de un robot (hardware y
software) y así asociar una relación causa-efecto para su comprensión (Metodología
basada en herramientas informáticas > para mejorar el aprendizaje de la robótica).
Método Científico y de Observación: puesto que se tuvo que estudiar el avance
evolutivo en el desarrollo de competencias y destrezas de los estudiantes.
Métodos Experimental, Comparativo y Estadístico: Para complementar procesos que
se ejecutaron dentro de la investigación (diseño, implementación y configuración de
los componentes del robot).
Se ha realizado las siguientes consideraciones en la presente investigación:
Se planteó la investigación en base a la factibilidad de mejorar el proceso de
enseñanza aprendizaje de los estudiantes sobre la robótica.
Se trazaron los objetivos de la investigación que permitirán proponer una
metodología basada en herramientas informáticas para el aprendizaje de la
robótica educativa y pedagógica.
Se justificaron los motivos por los cuales se propuso realizar la presente
investigación.
Se elaboró un marco teórico que ayuda a tener una idea general del trabajo y
una perspectiva más amplia.
Se planteó la hipótesis la cual es una posible respuesta al problema planteado
y posee una íntima relación entre el problema propuesto y el objetivo.
Se propuso la operacionalización de las variables en base a la hipótesis
planteada.
Se definió la población que fue comparada en relación a la propuesta de la
investigación en base a ponderaciones.
Se realizó la recolección de datos de los índices mediante observación
directa.
Se realizó la prueba de la hipótesis con los resultados obtenidos.
Se elaboró las conclusiones y recomendaciones fruto de la investigación
realizada.
73
TÉCNICAS
Las técnicas empleadas en la presente investigación fueron: Instalaciones,
Configuraciones, revisión de documentación, intuición, razonamiento, observación,
pruebas.
Tabla 10. Explicación de las técnicas
TÉCNICAS EXPLICACIÓN
Revisión de documentación
Fue necesario revisar la documentación que hace
referencia a la robótica, así como el fundamento
teórico alrededor del tema de investigación.
Instalaciones
Fue necesario poseer o adquirir conocimientos
para la realizar la instalación de las herramientas
de programación y configuración.
Configuraciones
Fue necesario poseer o adquirir conocimientos
para la realizar la configuración del robot y sus
componentes.
Intuición
Fue necesaria para establecer los criterios de
búsqueda, establecimiento de los parámetros de
ponderación y asignación de cuantificación para la
elección del hardware y software.
Razonamiento
Fue necesario comprender el acoplamiento de los
elementos que fueron necesarios para configurar
los equipos de práctica. Como también para
interpretación de los resultados de las
experimentaciones.
Observación
Fue necesario realizar una observación de las
prácticas y experimentos, así como también de las
herramientas software.
Pruebas
Fue necesario realizar las pruebas en los equipos
para determinar el funcionamiento de los mismos.
Fuente: Iván Cantos.
INSTRUMENTOS
De acuerdo a la presente investigación, el instrumento más apropiado para la
recolección de los datos fueron las prácticas de laboratorio e instrumentos de
evaluación, con esto se estableció los parámetros de comparación para realizar el
estudio de la metodología aplicada. La propuesta del investigador consiste en el
desarrollo de una Metodología Basada en Herramientas Informáticas para el
74
Aprendizaje de la Robótica Educativa y Pedagógica en el Sexto Semestre de la
Escuela de Ingeniería Mecánica ESPOCH.
3.4. VALIDACIÓN DE INSTRUMENTOS
Los instrumentos fueron sometidos a validación a través de la técnica de “juicio de
expertos” Ing. Paúl Romero Msc docente de la ESPOCH y el Ing. Hernán Lara Msc.
docente de la ESPE. Posteriormente se aplicara una “prueba piloto’ a una pequeña
muestra antes de su aplicación definitiva, lo que permite detectar errores y
corregirlos a tiempo.
Para realizar comparaciones de hardware y software de los equipos y productos a ser
utilizados cómo herramientas didácticas en los procesos de enseñanza-aprendizaje se
usa criterios de selección, comparativas y ponderaciones para seleccionar los
mejores.
3.5. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN (¿CÓMO?)
“El diseño metodológico constituye la mejor estrategia a seguir para dar solución a
los objetivos planteados y comprende la definición y secuenciación de un conjunto
de actividades particulares (Tamayo-Tamayo 2000)” 66
En realidad el diseño de un modelo ideal para la enseñanza de la robótica que es
multidisciplinaria no es posible, ya que intervienen muchos factores, indicando que
cada modelo tiene sus ventajas y desventajas, pero como se analizó anteriormente se
toma como referencia el modelo constructivista que es el que mejor cumple con los
requerimientos para el aprendizaje de la robótica.
La enseñanza de la robótica tiene como requerimiento principal que el método
aplicado sea activo, colaborativo, centrado en el alumno, creativo y que se tenga
información de fácil acceso.
La investigación tiene como objetivo proponer una metodología utilizando
herramientas informáticas para el aprendizaje de la robótica, en resumen se puede
indicar que se plantea la enseñanza a través de la robótica educativa, manejo de un
prototipo y la robótica pedagógica.
La presente investigación se proyecta con las siguientes etapas:
75
1. Conformación de los dos grupos que participaran en la investigación.
2. Verificación de conocimientos de robótica de todos los participantes antes
de aplicar el método
3. Aplicación del método
4. Verificación de conocimientos después de aplicar el método a cada grupo.
5. Evaluación de resultados.
Los grupos estarán conformados por estudiantes de la Facultad de Ingeniería
Mecánica de la ESPOCH, matriculados en el periodo académico Marzo –Agosto
2014. Refiérase a las tablas del universo y muestras respectivamente tablas No. 6, 7 y
8.
Los grupos A y B que conforman la muestra fueron escogidos al azar de los
estudiantes que toman la cátedra de electrónica en la Escuela de Ingeniería Mecánica
de la ESPOCH.
El grupo A está asignado para recibir el aprendizaje de la robótica con el modelo
propuesto, es decir con la implementación del curso utilizando el robot educativo,
prototipo y robot pedagógico.
Ilustración 39. Metodología Grupo "A"
Fuente: Iván Cantos.
METODOLOGIA GRUPO A
ROBOT PEDAGOGICO
PRACTICAS PROTOTIPO
ROBOT EDUCATIVO
INTRODUCCION A LA ROBOTICA
76
El grupo B está asignado para recibir el aprendizaje de la robótica sin el modelo
propuesto.
Fuente: Iván Cantos.
APLICACIÓN DEL MODELO PROPUESTO EN EL GRUPO A.
Para la aplicación del modelo se procederá de la forma que se indica a continuación:
1. Introducción a la robótica
Una clase magistral mediante una conferencia sobre introducción a
la robótica con los grupos A y B, en forma conjunta.
2. Robot Educativo
Estudio de la robótica educativa.
Programación y prácticas con el robot educativo.
3. Practicas Prototipo
Conocimiento del prototipo
Practicas con el prototipo.
4. Robot Pedagógico
Estudio de la robótica pedagógica
Practicas sobre robótica pedagógica.
5. Evaluación
Inicial
Formativa
Final
METODOLOGIA GRUPO B
INTRODUCCION A LA ROBOTICA
PRACTICAS ESTUDIO DEL MICROCONTROLADOR
PROGRAMACIÓN DEL MICROCONTROLADOR
Ilustración 40. Metodología Grupo "B"
77
1. Introducción a la robótica
Clase Magistral
La clase magistral estará conformada por las siguientes etapas. Ver Anexo
No. 11.
a. Motivación
b. Presentar el tema y el objetivo de la clase
c. Exponer el tema
d. Preguntas y respuestas
Cuando se realicen las diferentes prácticas con los estudiantes se deberá
presentar el trabajo a realizar, mostrar pasos a seguir, indicar posibles
inconvenientes que se pueden presentar, analizar la solución presentada.
Durante toda la practica la actitud del maestro será de un facilitador,
procurando que el alumno descubra e investigue por si solo o en grupo con
toda libertad.
Una vez realizada la práctica, se procederá a comprobar el funcionamiento y
se pedirá realizar algunas variaciones con la finalidad de que el alumno
adquiera mayor destreza en la programación, manejo y cambio de elementos,
además se pedirá si es el caso realizar mejoras a la solución presentada.
Se debe promover el intercambio de información entre alumnos o grupos que
realizan la práctica.
En las prácticas y actividades, se indicara cuales actividades son individuales
y cuales colaborativas. En las actividades colaborativas se requiere que
todos los integrantes del grupo sean responsables de la práctica que se
realiza.
2. Robot Educativo
Estudio de la robótica educativa
a. Motivación
b. Presentar el tema y el objetivo de la clase
c. Exponer el tema
78
Programación y prácticas con el robot educativo
a. Formar grupos de trabajo para prácticas colaborativas
b. Realización de prácticas de acuerdo al tema tratado
c. Sugerir variaciones a la practica
d. Compartir conocimientos entre grupos
e. Preguntas y respuestas
Para las actividades prácticas se formaran 4 grupos
Tabla 11. Practicas del grupo A
GRUPO A No. DE ALUMNOS TEMA PRACTICAS
G1 4 ROBOT EDUCATIVO 1,2,3
G2 4 ROBOT EDUCATICO 1,2,3
G3 4 ROBOT EDUCATICO 1,2,3
G4 3 ROBOT EDUCATICO 1,2,3
Autor: Iván Cantos.
3. Practicas Prototipo
Conocimiento del prototipo
a. Motivación
b. Conocimiento de elementos y requerimientos
Practicas con el prototipo
a. Formar grupos de trabajo para prácticas colaborativas
b. Realización de prácticas con los diferentes elementos
c. Compartir conocimientos entre grupos
d. Preguntas y respuestas
Para las actividades prácticas se formaran 4 grupos
GRUPO
A
No. DE
ALUMNOS TEMA PRACTICAS
G1 4 PROTOTIPO 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
G2 4 PROTOTIPO 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
G3 4 PROTOTIPO 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
G4 3 PROTOTIPO 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 Autor: Iván Cantos.
79
4. Robot Pedagógico
Estudio de la robótica pedagógica
a. Motivación
b. Presentar el tema y el objetivo de la clase
c. Exponer el tema
Practicas sobre robótica pedagógica.
a. Formar grupos de trabajo para prácticas colaborativas
b. Realización de prácticas de acuerdo al tema tratado
c. Sugerir variaciones a la practica
d. Compartir conocimientos entre grupos
e. Preguntas y respuestas
f. Evaluar los indicadores como creatividad, complejidad. Ver anexos:
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9.
Para las actividades prácticas se formaran 4 grupos
GRUPO A No. DE
ALUMNOS TEMA PRACTICAS
G1 4 ROBOT PEDAGOGICO 1,2,3,4
G2 4 ROBOT PEDAGOGICO 1,2,3,4
G3 4 ROBOT PEDAGOGICO 1,2,3,4
G4 3 ROBOT PEDAGOGICO 1,2,3,4
Autor: Iván Cantos.
5. Evaluaciones:
Los métodos y los instrumentos que sirven para la evaluación forman parte del
diseño de la metodología a seguir, para la robótica como ya se mencionó el
mejor método a seguir es el constructivismo.
Desde el inicio debe empezar el proceso de evaluación y se podrían aplicar
variaciones de acuerdo a las informaciones que se obtenga del proceso.
En la metodología a implementar no se considera una sola evaluación al final del
aprendizaje, sino que se dará en tres pasos básicamente:
Evaluación al inicio.
Evaluación formativa durante la aplicación del método
Evaluación final.
80
a) Evaluación inicial
La evaluación inicial en si es una prueba de diagnóstico, la intención es
descubrir o averiguar cuáles son los conocimientos del alumno antes de
aplicar la metodología.
La evaluación al inicio se realizara con una prueba objetiva la cual deberá
ser lo más clara posible, pudiendo aplicarse el método de selección múltiple.
Ver anexo No.1
b) Evaluación formativa
En la etapa formativa se deberá indicar que en la fase de robot pedagógico
se realizara una evaluación en donde se cuantificara fundamentalmente la
creatividad, complejidad, control, manipulación y aplicación.
En cada cierre de clase o práctica, se debe aprovechar la ocasión para plantear
interrogantes y problemas abiertos para la investigación de los alumnos. Ver
Anexo No. 14.
c) Evaluación final
Esta evaluación se lo realizara una vez finalizada la metodología aplicada y
representa la valoración de los conocimientos adquiridos por el estudiante,
para esto se presenta un caso de estudio, ver Anexo 10.
Instrumentos
En la presente investigación se tiene como instrumentos hojas guías, prueba
objetiva, y prueba final para verificar el conocimiento de la robótica antes, durante
y después de aplicar el método propuesto. (Ver anexos: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10
adjunto).
81
Otro de los instrumentos de verificación es el robot educativo, pedagógico y uso
del prototipo con prácticas que se han diseñado para cada uno de estos
instrumentos. (Ver anexos adjuntos: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).
82
CUADRO PARA LAS PRÁCTICAS QUE SERÁN EVALUADAS (Grupo A Grupo B)
Tabla 12. Criterios para valorar creatividad
Autor: Iván Cantos.
Tabla 13. Criterios para valorar complejidad
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A
NOTA
SATISFACTORIO 3 ACEPTABLE 2 POR MEJORAR 1 SATISFACTORIO 3ACEPTABLE
2POR MEJORAR 1 SATISFACTORIO 3
ACEPTABLE
2POR MEJORAR 1 SATISFACTORIO 3
ACEPTABLE
2POR MEJORAR 1
MUESTRA SU PRACTICA
CON ORIGINALIDAD Y
AGREGA VARIEDAD DE
DETALLES NOVEDOSOS AL
MISMO
MUESTRA SU
PRACTICA CON
ORIGINALIDAD CON
POCOS DETALLES
NOVEDOSOS
MUESTRA SU
PRACTICA CON
POCA
ORIGINALIDAD Y
NO AGREGA
DETALLES
NOVEDOSOS
AGREGA VARIEDAD DE
DETALLES PARA MEJORAR
SU PRACTICA REALIZADA
AGREGA POCOS
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
NO SE OBSERVAN
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
OFRECE VARIEDAD DE
RESPUESTAS SOBRE EL
USO QUE PUEDE DARLE
A SU PRACTICA
OFRECE ALGUNAS
RESPUESTAS
SOBRE EL USO
QUE PUEDE DARLE
A A SU PRACTICA
REALIZA LA
PRACTICA PERO NO
OFRECE
RESPUESTAS SOBRE
EL USO QUE
PODRIA DARLE
TOTALES
CREA: FLUIDEZ SE
MIDE POR EL NUMERO DE RESPUESTAS
ASPECTOS A EVALUAR SIGUIENDO EL TEST DE TORRANCE (1974) PARA EVALUAR LA CREATIVIDAD
EVALUACION DE LA CREATIVIDAD EN LAS
PRACTICAS REALIZADAS
ORI: ORIGINALIDAD
LAS RESPUESTA NOVEDOSAS Y NO CONVENCIONALES
ELAB: ELABORACION
DETALLES QUE EMBELLECEN Y MEJORAN LA PRACTICA REALIZADA
FX: FLEXIBILIDAD
VARIEDAD DE RESPUESTAS
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
PRACTICA 1 PULSADOR
GRUPO A
NOTA
NINGUNA 3MEDIA
2
ALTA
1
SIN CONSECUENCIAS
3MINIMAS 2
SERIAS
1MENOR TIEMPO 3 INTERMEDIO 2 MAYOR TIEMPO 1
UNA VEZ
3
DOS VECES
2
TRES VECES
1
REALIZA LA PRACTICA
CON TODA
SEGURIDAD
TIENE POCOS
INCONVENIENTES
PARA REALIZAR LA
PRACTICA
INSEGURIDAD Y
MUCHOS
INCONVENIENTES
NO HAY DANO EN EL
EQUIPO
DANOS MINIMOS
EN EL EQUIPO
EQUIPO
DANADO
TOTALMENTE
ANTES DEL LAPSO
DE TIEMPO
DENTRO DEL LAPSO
DE TIEMPO
(FUERA DEL LAPSO
DE TIEMPO
TOTALES
FRECUENCIA
NUMERO DE VECES QUE REALIZA LA PRACTICA
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS PARA EVALUAR LA COMPLEJIDAD
EVALUACION DE LA COMPLEJIDAD EN LAS
PRACTICAS REALIZADAS CON: ROBOT PEDAGOGICO
DIFICULTAD
TIENE INCONVENIENTES PARA REALIZAR LA PRACTICA
CONSECUENCIAS
EJECUCION INADECUADA DE LA PRACTICA
DURACION
TIEMPO PARA REALIZAR LA PRACTICA
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
83
APLICACIÓN DEL MODELO TRADICIONAL CON EL GRUPO B
En general para el estudio de la robótica, con el grupo B
1. Introducción a la robótica
Motivación
Presentar el tema y el objetivo de la clase
2. Estudio del microcontrolador PICs
3. Programación del microcontrolador
4. Practicas
5. Evaluación
Evaluar los indicadores como creatividad, complejidad. Ver anexos: 2, 3, 4,
5, 6, 7, 8 y 9.
Preguntas y respuestas
3.6. SELECCIÓN DE LAS HERRAMIENTAS A APLICAR
Tomando en consideración lo anotado respecto a los métodos pedagógicos y sus
características se elabora las siguientes matrices morfológicas con la finalidad de
seleccionar el método más adecuado para la enseñanza aprendizaje de la robótica, para
esto partimos de cuáles son los requerimientos o necesidades de la robótica en el
campo de la enseñanza aprendizaje, y la importancia que representa cada uno de ellos
dentro de este contexto.
SELECCIÓN DEL MODELO PEDAGOGICO
Tabla 14. Requerimientos de la robótica campo enseñanza aprendizaje
REQUERIMIENTOS JUSTIFICACION
ACTIVO
El alumno debe manipular por iniciativa
propia algunos elementos (aprende
haciendo)
COLABORATIVO
Al ser la robótica multidisciplinaria se
requiere que la mayoría de los trabajos sean
realizados en grupo
CENTRADO EN EL ALUMNO El alumno es el protagonista principal en el
aprendizaje (aprende haciendo)
INFORMACION DE FACIL ACCESO Se requiere variada información
EVALUACION POR PROCESOS No es conveniente una única evaluación
84
MAESTRO FACILITADOR Aplicación del método
CREATIVO Se plantea un problema y se debe dar
algunas soluciones
LIBERTAD
El alumno se motiva y aprende más cuando
tiene libertad para opinar, actuar, diseñar.
ALTERNATIVAS DE SOLUCION
En la robótica no hay una única solución, es
decir pueden presentarse algunas formas de
solución
APRENDIZAJE DINAMICO Puede cambiar de acuerdo a las
circunstancias del aprendizaje Autor: Iván Cantos.
Tabla 15. Cuantificación de los requerimientos
REQUERIMIENTO VALOR
MAX.
EXPLICACION
ACTIVO 15
Se ha cuantificado tres valores 15,
10, y 5 tomando en consideración la
importancia de cada uno de ellos
para la enseñanza de la robótica
dando los valores más altos a
creativo, activo y libertad
COLABORATIVO 10
CENTRADO EN EL ALUMNO 10
INFORMACION DE FACIL
ACCESO
10
EVALUACION POR PROCESOS 10
MAESTRO FACILITADOR 5
CREATIVO 15
LIBERTAD 15
ALTERNATIVAS DE
SOLUCION
5
APRENDIZAJE DINAMICO 5 Autor: Iván Cantos.
Tabla 16. Cuantificación en porcentajes
Autor: Iván Cantos.
REQUERIMIENTOS CÓDIGO IMPORTANCIA OBSERVACIÓN
ACTIVO AC 15% 15% ACTIVO - 0% NO ACTIVO
COLABORATIVO CL 10% 10% COLABORATIVO, 0%INDIVIDUAL
CENTRADO EN EL ALUMNO CA 10% 10% CENTRADO 0% NO CENTRADO
INFORM. FACIL ACCESO IFA 10% 10% FACIL ACCESO, 0% DIFICIL ACCESO
EVALUACION POR PROCESOS EP 10% 10% PROCESOS - 0% UNICA
MAESTRO FACILITADOR MF 5% 5% FACILITADOR, 0% JEFE
CREATIVO CR 15% 15% CREATIVO - 0% NO CREATIVO
LIBERTAD LB 15% 15% LIBERTAD - 0% NO LIBERTAD
ALTERNATIVAS DE SOLUCION AS 5% 5% ALTERNATIVAS - 0% UNA ALTERNATIVA
APRENDIZAJE DINAMICO AD 5% 5% ES DINAMICO - 0% NO DINAMICO
TOTAL 100%
ENSENANZA DE LA ROBOTICA
85
Tabla 17. Cuadro de modelos y criterios
CRITERIOS METODOS/
ALTERNATIVAS AC CL CA IFA EP MF CR LB AS AD TOTAL
TRADICIONALISTA 3% 3% 0% 4% 0% 0% 2% 2% 2% 2% 18%
TRANSMISIONISTA 8% 8% 5% 5% 10% 3% 8% 8% 2% 2% 59%
ROMANTICO 5% 2% 10% 5% 0% 5% 8% 15% 3% 3% 56%
CONSTRUCTIVISTA 15% 8% 10% 10% 7% 5% 15% 15% 4% 3% 92%
SOCIAL 10% 10% 10% 5% 5% 5% 15% 8% 4% 3% 75% Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 1 Diagrama de barras para selección del modelo.
Autor: Iván Cantos.
Por lo expuesto se concluye que el método más conveniente como referencia para el
aprendizaje de la robótica es el constructivismo (aprender haciendo).
SELECCIÓN DEL ROBOT EDUCATIVO
Se elabora las siguientes matrices morfológicas con la finalidad de seleccionar el robot
educativo más adecuado para la enseñanza de la robótica, para esto partimos de cuáles
son los requerimientos o necesidades de la robótica en el campo de la enseñanza
aprendizaje, y la importancia que representa cada uno de ellos dentro de este contexto
0%
20%
40%
60%
80%
100%
18%
59% 56%
92%
75%
MODELOS PEDAGOGICOS
TRADICIONALISTA
TRANSMISIONISTA
ROMANTICO
CONSTRUCTIVISTA
SOCIAL
86
Tabla 18. Requerimientos para la selección del robot educativo
REQUERIMIENTOS
JUSTIFICACION
Fácil adquisición Que exista en el mercado local
Precio Que puedan adquirir los estudiantes
Didáctico Su uso es para enseñanza
Fácil de usar El alumno no podría tener conocimientos de
programación.
Programación grafica Es la más comprensible y fácil de usar
Comunicación Recomendable inalámbrica, programas dinámicos
Portabilidad Puede utilizarse con diferentes sistemas operativos
Flexibilidad Puede ser usado en niveles básicos y avanzados
Autor: Iván Cantos.
Tabla 19. Cuantificación para la selección del robot educativo
REQUERIMIENTO VALOR
MAX %
EXPLICACION
Fácil adquisición 10 Para este caso se da cuatro valoraciones
Tomando en consideración la importancia
de cada requerimiento en la selección del
robot educativo, en este caso el valor
máximo se da a lo didáctico y
programación grafica que se los considera
como requerimientos principales
Precio 10
Didáctico 20
Fácil de usar 10
Programación grafica 20
Comunicación 5
Portabilidad 15
Flexibilidad 10
Autor: Iván Cantos.
Tabla 20. Cuantificación en porcentajes
Autor: Iván Cantos.
REQUERIMIENTOS MAS IMPORTANTES CÓDIGO IMPORTANCIA OBSERVACIÓN
FACIL ADQUISICION FA 10% 10% FACIL - 0% MUY COMPLICADO
PRECIO PRE 10% 10% BAJO PRECIO - 0% PRECIO ALTO
DIDACTICO DI 20% 20% DIDACTICO - 0% NO DIDACTICO
FACIL DE USAR FU 10% 10% FACIL - 0% COMPLICADO
PGRM GRAFICA PG 20% 20% TIENE - 0% NO TIENE
TIPO DE COMUNIC. (BLUETOOTH USB)) TC 5% 5% MAYOR COMUNC. . - 0% POCA COMUNIC.
PORTABILIDAD POR 15% 15% MAYOR PORTAB - 0%PORTAB UNICA
FLEXIBILIDAD FX 10% 10% MUY FLEXIBLE
100%
ROBOTS EDUCATIVOS
TOTAL
87
Tabla 21. Matriz para selección del robot
CRITERIOS ROBOTS
EDUCATIVOS FA PRE DI FU PG TC POR FX TOTAL
MULTIPLO 5% 7% 12% 8% 20% 3% 15% 4% 74%
MINDSTORMS 10% 9% 18% 8% 20% 5% 15% 10% 95%
KONDO 5% 1% 10% 6% 20% 3% 15% 6% 66%
FISCHER TECHNIK 5% 7% 15% 7% 20% 5% 10% 6% 75%
BIOLOID 5% 5% 12% 6% 20% 5% 10% 6% 69% Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 2 Diagrama de barras para selección del robot educativo.
Autor: Iván Cantos.
Por lo expuesto se concluye que el robot más idóneo para el aprendizaje de la
robótica educativa es el MINDSTORM
SELECCIÓN DE LA PLACA DE DESARROLLO (MICROCONTROLADOR)
En relación a la placa de desarrollo a utilizar, se hace una selección entre las placas
que poseen microcontroladores PICs y ATMEGA de mayor uso en nuestro entorno,
tratando de ponerlos en las mismas condiciones, pero fundamentalmente se da mayor
peso en esta selección a que el microcontrolador debe ser de SW y HW libre,
cumpliendo así de alguna manera una política del estado en relación a la educación
Se elabora las siguientes matrices morfológicas con la finalidad de seleccionar la
placa o microcontrolador más adecuado para el prototipo, tomando en consideración
74% 95%
66% 75% 69%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
PO
RC
ENTA
JE
TIPOS DE ROBOTS
SELECCION DE ROBOT EDUCATIVO
MULTIPLO
MINDSTORMS
KONDO
FISCHER TECHNIK
BIOLOID
88
los requerimientos o necesidades en el campo de la enseñanza aprendizaje, y la
importancia que representa cada uno de ellos dentro de este contexto
Tabla 22. Matriz de requerimientos para la selección de la placa
REQUERIMIENTOS JUSTIFICACION
Software libre Política de estado, no costos
Hardware libre Política de estado, no costos
Costo Puedan adquirir los estudiantes
Disponibilidad en el mercado Facilidad de adquisición
Placas de expansión Facilidad para conexiones con otros
elementos
Cantidad de usuarios y documentación Mayor intercambio de información
Programación directa Evitar manipular el micro para programación
Librerías desarrolladas Comunicación con otros equipos
Librerías probadas Mayor confianza en el equipo
Autor: Iván Cantos.
Tabla 23. Cuantificación para la selección de placa
REQUERIMIENTO VALOR
MAX %
EXPLICACION
Software libre 20 Los mayores valores se dan a SW y HW
libre y son los más representativos para la
selección del Microcontrolador, en razón
de que van hacer usados por estudiantes y
no hay que realizar pagos adicionales
como licencias y otros, siguiendo en
importancia datos técnicos como placas de
expansión y librerías.
Hardware libre 20
Costo 8
Disponibilidad 8
Placas de expansión 10
Cant. De usuarios y Docum. 4
Programación directa 10
Librerías desarrolladas 10
Librerías probadas 10 Autor: Iván Cantos.
89
Tabla 24. Requerimientos, e importancia para selección de la placa
Autor: Iván Cantos.
Tabla 25. Matriz para selección de la placa de desarrollo
Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 3 Diagrama de barras para selección de la placa de desarrollo
Autor: Iván Cantos.
Por el análisis realizado se selecciona a la placa Arduino Mega para utilizar en el
prototipo.
72% 95%
0%
50%
100%
PO
RC
ENTA
JE
PLACAS (MICROCONTROLADORES)
ANALISIS DE PLACAS DE DESARROLLO
PINGUINO
ARDUINO MEGA
90
SELECCIÓN DEL SOFTWARE GRAFICO DE PROGRAMACION
Uno de los requerimientos principales dentro del campo educativo para usar un
paquete de programación es que este fuera de software libre, pero los dos (LABVIEW
y MATLAB) son software propietario, pero la gran ventaja en este caso de
LABVIEW frente a MATLAB es que la Facultad de Mecánica de la ESPOCH tiene
Licencia para su uso legal.
Tabla 26. Requerimientos del software de programación.
REQUERIMIENTOS JUSTIFICACION
Programación grafica Fácil e intuitiva para usar
Licencia Operación legal tanto de alumnos como maestros
Software libre Política de estado
Trabaja con arduino Microcontrolador en el prototipo.
Autor: Iván Cantos.
Tabla 27. Cuantificación del software de programación.
REQUERIMIENTO VALOR
MAX %
EXPLICACION
Programación grafica 30 La programación gráfica y software libre se
consideran los requerimientos más importantes
es por esta razón que son los que tienen mayor
valor
Licencia 20
Software libre 30
Trabaja con arduino 20
Autor: Iván Cantos.
Tabla 28. Requerimientos e importancia para la selección del software
SOFTWARE DE PROGRAMACION
REQUERIMIENTOS CÓDIGO IMPORT. OBSERVACIÓN
PGRM GRAFICA PG 30% 30% TIENE - 0% NO TIENE
LICENCIA L 20% 20% TIENE - 0% NO TIENE
SW LIBRE SL 30% 30% TIENE - 0% NO TIENE
TRABAJA CON ARDUINO TA 20% 20% TIENE - 0% NO TIENE
TOTAL 100% Autor: Iván Cantos.
91
Tabla 29. Matriz para selección del software
CRITERIOS
METODOS/
ALTERNATIVAS PG L SL TA TOTAL
LABVIEW 30% 20% 0% 20% 70%
MATLAB 0% 0% 0% 20% 20% Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 4 Diagrama para selección del SW grafico de programación.
Autor: Iván Cantos.
Por lo anteriormente anotado se selecciona el paquete de programación LABVIEW
como software para uso con el prototipo.
Otra de las razones para usar LABVIEW es que es un entorno de programación
gráfica, en cambio en MATLAB la programación es por código, y los estudiantes no
están familiarizados a programación basada en códigos.
70%
20%
0%
20%
40%
60%
80%
ANALISIS DE SW GRAFICO LABVIEW MATLAB
92
CAPÍTULO IV
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
Se procedió a realizar la aplicación de la propuesta con el grupo seleccionado A y a
continuar con los procesos educativos establecidos y contemporáneos con el grupo B.
Para lo cual se aplicaron varios instrumentos de medición en 3 etapas: Un instrumento
de evaluación diagnóstica o inicial, que permita determinar el conocimiento previo y
los niveles de aprendizaje de los dos grupos. Un instrumento de evaluación formativa
práctica para determinar la evolución del aprendizaje, la efectividad, y la eficiencia
de la propuesta. Finalmente se aplica un instrumento de evaluación final para
determinar de forma métrica el rendimiento académico comparativo entre los dos
grupos.
4.2.1. EVALUACIÓN INICIAL
El instrumento de evaluación es una prueba objetiva estructurada con 15 ítems. Ver
Anexo No. 1. A cada uno de los ítems se le da una valoración de 1 punto, siendo
entonces la calificación más alta 15 puntos.
Tabla 30. Evaluación Inicial
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 9,3 62%
GRUPO B 9,4 67%
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
93
Gráfico No. 5 Evaluación Inicial
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
Ninguno de los estudiantes de los 2 grupos alcanzo la nota máxima y el promedio del
grupo A es de 62%, 5 puntos por debajo del grupo B el cual es de 67%. Esto nos deja
bien en claro que el grupo B tiene mejores conocimientos previos que el grupo A.
4.2.2. EVALUACIÓN FORMATIVA PRÁCTICA
Los instrumentos de evaluación formativa fueron en realidad dos matrices para aplicar
una observación dirigida por parte del docente. La una matriz determina la
complejidad de la práctica y la otra matriz la creatividad que el estudiante aplica al
resolver la práctica. Cada una de las matrices cuenta con 4 parámetros y 3 niveles de
valoración. Siendo la calificación máxima 12 y la mínima 4 por estudiante. Ver Anexo
No. 2.
Práctica No. 1: Pulsador – Matriz: Complejidad. Anexo No.2
Tabla 31 Práctica 1: Pulsador - evalúa: complejidad
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 10,8 90%
GRUPO B 7,64 64% Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A GRUPO B
62%
67%
EVALUACIÓN INICIAL
94
Gráfico No. 6 Evaluación formativa - Práctica No. 1 - Complejidad
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
En la práctica No. 1 con pulsador, de los parámetros de evaluación de complejidad, el
grupo A obtuvo un 90% de efectividad, 26 puntos por encima del grupo B con 64%.
De esta manera se empiezan a marcar las diferencias en la metodología de enseñanza
aprendizaje aplicada a los dos grupos. El grupo A que trabaja con la propuesta
metodológica basada en herramientas informáticas para el aprendizaje de la robótica
educativa y pedagógica, mejoro su rendimiento, superando incluso su dificultad de
conocimientos previos.
Práctica No. 1: Pulsador – Matriz: Creatividad. Anexo No. 3
Tabla 32 Práctica 1: Pulsador - Evalúa: Creatividad
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 9,7 81%
GRUPO B 8,3 69% Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A GRUPO B
90%
64%
PRACTICA 1: PULSADOR - EVALUA: COMPLEJIDAD
95
Gráfico No. 7 Evaluación formativa - Práctica No. 1 - Creatividad
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
En los parámetros de creatividad de la práctica No. 1 con pulsador, el grupo A tiene
81%, 12 puntos más que el grupo B, el cual tiene 69%. Ratificando el mejor
rendimiento de los integrantes del grupo A.
Práctica No. 2: Potenciómetro – Matriz: Complejidad. Anexo No. 4
Tabla 33 Práctica 2: Potenciómetro - Evalúa: Complejidad
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 11,40 95%
GRUPO B 10,29 86%
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A GRUPO B
81%
69%
PRÁCTICA 1: PULSADOR - EVALUA: CREATIVIDAD
96
Gráfico No. 8 Evaluación formativa - Práctica No. 2 - Complejidad
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
En la práctica No. 2 con el potenciómetro, el grupo A tiene 95% de la calificación
máxima, 9 puntos por encima del grupo B, que alcanzó el 86%. No cabe duda que en
esta práctica le fue mucho mejor a los dos grupos, pero los miembros del grupo A
pudieron realizar la práctica con mayor facilidad.
Práctica No. 2: Potenciómetro – Matriz: Creatividad. Anexo No. 5
Tabla 34 Práctica 2: Potenciómetro - Evalúa: Creatividad
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 11,20 93%
GRUPO B 6,79 57%
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A GRUPO B
95%
86%
PRÁCTICA 2: POTENCIOMETRO - EVALUA: COMPLEJIDAD
97
Gráfico No. 9 Evaluación formativa - Práctica No. 2 - Creatividad
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
El grupo A alcanzo un 93% de éxito en la práctica 2 con el potenciómetro en cuanto a
creatividad, y se empieza a marcar diferencias con los del grupo B que alcanzaron tan
solo un 57%.
Práctica No. 3: Servomotor – Matriz: Complejidad. Anexo No. 6
Tabla 35 Práctica 3: Servomotor - Evalúa: Complejidad
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 11,20 93%
GRUPO B 8,21 68%
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A GRUPO B
93%
57%
PRÁCTICA 2: POTENCIOMETRO - EVALUA: CREATIVIDAD
98
Gráfico No. 10 Evaluación formativa - Práctica No. 3 - Complejidad
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
El grupo A con 93% logra mantener su superación en los niveles de complejidad en la
práctica No. 3 con servomotores y ratifica su mejor rendimiento ante el grupo B que
alcanza tan solo un 68% en su rendimiento.
Práctica No. 3: Servomotor – Matriz: Creatividad. Anexo No. 7
Tabla 36 Práctica 3: Servomotor - Evalúa: Creatividad
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 9,67 81%
GRUPO B 8,14 68%
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A GRUPO B
93%
68%
PRÁCTICA 3: SERVOMOTOR - EVALUA: COMPLEJIDAD
99
Gráfico No. 11 Evaluación formativa - Práctica No. 3 - Creatividad
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
En lo referente al parámetro de creatividad de la práctica número 3 con servomotores,
el grupo A se sigue manteniendo por encima del grupo B en este caso con 13
puntos.
Práctica No. 4: Motor de CD – Matriz: Complejidad. Anexo No. 8
Tabla 37 Práctica 4: Motor de CD - Evalúa: Complejidad
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 10,40 87%
GRUPO B 9,07 76%
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A GRUPO B
81%
68%
PRÁCTICA 3: SERVOMOTOR - EVALUA: CREATIVIDAD
100
Gráfico No. 12 Evaluación formativa - Práctica No. 4 - Complejidad
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
El grupo A alcanzó un 87% en la práctica con los motores de CD, 11 puntos por
encima del grupo B que tiene 76%. Aunque cabe resaltar que en esta y en la anterior
práctica los estudiantes de los 2 grupos tuvieron mayores dificultades para
desarrollarlas.
Práctica No. 4: Motor de CD – Matriz: Creatividad. Anexo No. 9
Tabla 38 Práctica 4: Motor de CD- Evalúa: Creatividad
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A 9,60 80%
GRUPO B 8,29 69%
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
GRUPO A GRUPO B
87%
76%
PRÁCTICA 4: MOTOR DE CD - EVALUA: COMPLEJIDAD
101
Gráfico No. 13 Evaluación formativa - Práctica No. 4 - Creatividad
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
Finalmente en la determinación de la creatividad aplicada a los integrantes de los dos
grupos en la cuarta práctica obtuvimos un 80% para el grupo A y un 69% para el
grupo B, teniendo 11 puntos de diferencia y ratificando el mejor rendimiento del grupo
A, pese a sus dificultades iniciales.
4.2.3. EVALUACIÓN FINAL
El instrumento de evaluación es una prueba estructurada con 5 ítems y la valoración de
cada ítems está dada en base a cuatro criterios: supera las expectativas, cumple las
expectativas, necesita mejorar e inadecuado. Cabe destacar que la prueba tiene como
único fin determinar el conocimiento adquirido; pero, en base a su experiencia
práctica, más que sus fundamentación científica. Ver Anexo No. 10. A cada uno de
los ítems se le da una valoración máxima de 3 puntos, siendo entonces la calificación
más alta 15 puntos. Dada la importancia de esta prueba se procede a mostrar los
resultados estadísticos de cada una de las preguntas, para al final realizar el análisis de
todo el instrumento.
GRUPO A GRUPO B
80%
69%
PRÁCTICA 4: MOTOR DE CD- EVALUA: CREATIVIDAD
102
Pregunta No. 1: Indicar y justificar la selección de los siguientes componentes en
base a la función que cumple este robot. Se debe tomar en consideración algunos
detalles como: autonomía, torque, velocidad, control fino de posición, evitar
obstáculos, cambios de temperatura, entre otros que considere necesario implementar.
- Actuador para el movimiento del robot:
El estudiante deberá analizar características como: alimentación energética por la
autonomía que debe tener el robot, regulación de torque y velocidad por los diversos
terrenos que se moverá.
La respuesta correcta es MOTORES CC.
Tabla 39 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 1
Supera las
expectativas (3P)
Cumple las expectativas
(2P)
Necesita mejorar
(1P)
Inadecuado (0P)
TOTAL
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 1 67% 27% 7% 0% 100%
TOTAL GRUPO B PREGUNTA 1 50% 29% 14% 7% 100% Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 14 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 1
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Supera lasexpectativas
(3P)
Cumple lasexpectativas
(2P)
Necesitamejorar (1P) Inadecuado
(0P)
67%
27%
7%
0%
50%
29%
14% 7%
Análisis comparativo pregunta No. 1
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 1 TOTAL GRUPO B PREGUNTA 1
103
Análisis e interpretación de resultados:
Los integrantes del grupo A superan las expectativas en mayor porcentaje que los del
grupo B y contestan de mejor manera la pregunta.
Pregunta No. 2: Actuadores para el brazo robótico y cámara:
Por tratarse de un brazo robótico se debe considerar que es esencial el control de
posición. Las posiciones del brazo durante cualquier tarea deberían ser muy estables,
es decir no se podrá permitir que por peso propio o aceleraciones del brazo cambie la
posición o trayectoria.
La respuesta más adecuada sería SERVOMOTOR, ya que al tener control por PWM y
caja reductora incorporada se puede controlar con gran precisión el movimiento, y que
debido a la condición mecánica de los engranes se evitan movimientos inerciales.
Tabla 40 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 2
Supera las
expectativas (3P)
Cumple las expectativas
(2P)
Necesita mejorar
(1P)
Inadecuado (0P)
TOTAL
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 2 73% 27% 0% 0% 100%
TOTAL GRUPO B PREGUNTA 2 29% 57% 14% 0% 100% Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 15 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 2
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Supera lasexpectativas
(3P)
Cumple lasexpectativas
(2P)
Necesitamejorar (1P) Inadecuado
(0P)
73%
27%
0% 0%
29% 57%
14%
0%
Análisis comparativo pregunta No. 2
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 2 TOTAL GRUPO B PREGUNTA 2
104
Análisis e interpretación de resultados:
Los integrantes del grupo A superan las expectativas de forma muy notable y
demuestran su superioridad cognitiva frente a los del grupo B.
Pregunta No. 3: Sensores para evitar el choque del robot:
Debido a la naturaleza de robot móvil, casi siempre estará en contacto con obstáculos,
por tanto será necesario algún tipo de sensor para evitar tales impactos que podrían
ocasionar daños al robot.
Lo más adecuado sería el uso de sensores ULTRASÓNICOS o algún sensor similar.
Tabla 41 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 3
Supera las
expectativas (3P)
Cumple las expectativas
(2P)
Necesita mejorar
(1P)
Inadecuado (0P)
TOTAL
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 3 60% 40% 0% 0% 100%
TOTAL GRUPO B PREGUNTA 3 64% 7% 7% 21% 100% Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 16 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 3
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Supera lasexpectativas (3P) Cumple las
expectativas (2P) Necesita mejorar(1P) Inadecuado (0P)
60%
40%
0% 0%
64%
7% 7%
21%
Análisis comparativo pregunta No. 3
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 3 TOTAL GRUPO B PREGUNTA 3
105
Análisis e interpretación de resultados:
En esta pregunta en particular los integrantes del grupo B superan las expectativas en
mayor porcentaje que los del grupo A; pero, cumplen las expectativas en mayor
porcentaje que los del B y no se equivocan.
Pregunta No. 4: Sensores para detectar cambios de temperatura que podrían indicar
riesgos:
Este robot trabajará en ambientes peligrosos que pudiesen indicar riesgo para personal
y el mismo robot, por tanto es importante tener incorporado un sistema de control que
tome en cuenta los cambios de temperatura.
Lo más adecuado sería el uso de sensores LM35 o similares.
Tabla 42 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 4
Supera las
expectativas (3P)
Cumple las expectativas
(2P)
Necesita mejorar
(1P)
Inadecuado (0P)
TOTAL
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 4 40% 33% 27% 0% 100%
TOTAL GRUPO B PREGUNTA 4 14% 36% 36% 14% 100% Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 17 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 4
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos
Supera lasexpectativas
(3P)
Cumple lasexpectativas
(2P)
Necesitamejorar (1P) Inadecuado
(0P)
40% 33%
27%
0%
14%
36% 36%
14%
Análisis comparativo pregunta No. 4
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 4 TOTAL GRUPO B PREGUNTA 4
106
Análisis e interpretación de resultados:
Los estudiantes del grupo A superan las expectativas con referencia a los miembros
del grupo B; pero de igual manera cumplen las expectativas y necesitan mejorar,
ninguno del grupo A contesta de manera inadecuada.
Pregunta No. 5: Micro controlador para el robot:
Aquí el estudiante deberá analizar las posibles entradas y salidas que usaría un robot
de estas características. Si bien es cierto ya se indican algunas, pueden ser necesarias
otras actividades.
Debe seleccionar un Arduino o un PIC, pero deberá especificar las características junto
al modelo, ejemplo. Arduino uno, Arduino Mega, PIC16F877A, etc.
Tabla 43 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 5
Supera las
expectativas (3P)
Cumple las expectativas
(2P)
Necesita mejorar
(1P)
Inadecuado (0P)
TOTAL
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 5 53% 27% 20% 0% 100%
TOTAL GRUPO B PREGUNTA 5 43% 36% 21% 0% 100% Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 18 Evaluación Final - Resultados de la Pregunta No. 5
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Supera lasexpectativas
(3P)
Cumple lasexpectativas
(2P)
Necesitamejorar (1P) Inadecuado
(0P)
53%
27% 20%
0%
43% 36%
21%
0%
Análisis comparativo pregunta No. 5
TOTAL GRUPO A PREGUNTA 5 TOTAL GRUPO B PREGUNTA 5
107
Análisis e interpretación de resultados:
Los estudiantes del grupo A demuestran en esta última pregunta su superioridad y
superan las expectativas.
Resumen de la Evaluación Final.
Los resultados de la evaluación final fueron sintetizados en la siguiente tabla y grafico
estadístico.
Tabla 44 Análisis del resumen de resultados de la Evaluación Final
PROMEDIO PORCENTAJE
GRUPO A TEST FINAL 12,4 83%
GRUPO B TEST FINAL 10,21 68% Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Gráfico No. 19 Análisis del resumen de resultados de la Evaluación Final
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
Análisis e interpretación de resultados:
Se calcularon los promedios generales del Grupo A y del Grupo B, para poder realizar
un análisis concreto de los resultados obtenidos. La calificación máxima es de 15
puntos, el promedio del grupo A es de 12,4 y del Grupo B 10,21. La diferencia es de
GRUPO A TEST FINAL GRUPO B TEST FINAL
83%
68%
Análisis Comparativo de la Evaluación Final
GRUPO A TEST FINAL GRUPO B TEST FINAL
108
2,19 puntos, el Grupo A al que se le aplicó la propuesta metodológica basada en
herramientas informáticas para el aprendizaje de la robótica educativa y pedagógica,
tuvo de manera general un mejor rendimiento y obviamente un mayor aprendizaje
significativo. Cabe recordar que el grupo A en la Evaluación Inicial Diagnóstica de
conocimientos previos fue inferior al grupo B.
4.3. PRUEBA DE LA HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN
Los resultados permitieron la comprobación de la hipótesis, cuyo procedimiento se
detalla a continuación Para el análisis de los datos se utilizara la prueba t-student, por
cuanto el tamaño de la muestra es menor a 30.
HIPÓTESIS ESTADÍSTICA
La hipótesis se ha basado en la comparación de las notas de la evaluación realizada al
final de aplicación de la metodología para las pruebas con t-student.
PASOS PARA LA PRUEBA DE LA HIPÓTESIS
PASO 1
Hipótesis Nula: La metodología utilizando las herramientas informáticas no mejora el
aprendizaje de la robótica en la Escuela de Ing. Mecánica de la ESPOCH en el sexto
semestre catedra de electrónica.
PASO 2
Hipótesis alternativa: La metodología utilizando las herramientas informáticas
mejora el aprendizaje de la robótica en la Escuela de Ing. Mecánica de la ESPOCH en
el sexto semestre catedra de electrónica.
PASO 3
Nivel de significancia
Alpha 0.05 (5%)
PASO 4
Zona critica
n 1 = datos observados Grupo B (14)
n 2 = datos observados Grupo A (15)
Grados de libertad n 1 +n 2 -2 = 27
t (tabulado) = -+ 2,051 análisis a dos colas
109
PASO 5
CÁLCULOS
Tabla 45. Matriz de datos para la demostración de la hipótesis
EVALUACION FINAL
CASO DE ESTUDIO
GRUPO: A
ALUMNO NOTA
A1 13
A2 15
A3 13
A4 15
A5 13
A6 13
A7 14
A8 11
A9 15
A10 7
A11 9
A12 12
A13 13
A14 14
A15 9
EVALUACION FINAL
CASO DE ESTUDIO
GRUPO B
ALUMNO NOTA
B1 10
B2 12
B3 11
B4 7
B5 14
B6 13
B7 5
B8 12
B9 10
B10 9
B11 7
B12 9
B13 10
B14 14 Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre
Autor: Iván Cantos.
110
Para la comprobación de la hipótesis se utiliza el Software de Aplicación S.I.A.E. 2
Ilustración 41 Prueba de la Hipótesis
111
Fuente: Escuela de Ingeniería Mecánica – Estudiantes de 6to. Semestre – software
Autor: Iván Cantos.
Con los datos de los dos grupos, adicionalmente se calcula el coeficiente de
correlación.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8 10 12 14 16
GR
UP
O B
GRUPO A
FACTOR DE CORRELACION
ZONA DE ACEPTACION
112
FACTOR DE CORRELACION
0.13626516
Este índice mide el grado de relación de las dos variables ya que las dos son
cuantitativas y por el valor obtenido se puede indicar que existe una correlación
positiva, por lo tanto existe una dependencia parcial entre las dos variables.
PASO 6
TOMA DE DECISIÓN.
Aceptamos la hipótesis alternativa por cuanto el valor de la solución es de 2.221, esto
quiere decir que existe un mayor nivel de aprendizaje y un mejor rendimiento
académico aplicando la metodología basada en herramientas Informáticas para el
aprendizaje de la robótica en los estudiantes del sexto semestre de la Escuela de
Ingeniería Mecánica de la ESPOCH.
4.4. PRESENTACIÓN DE LA PROPUESTA
Propuesta Metodológica Basada en Herramientas Informáticas para el
Aprendizaje de la Robótica Educativa y Pedagógica en el Sexto Semestre de la
Escuela de Ingeniería Mecánica ESPOCH
INTRODUCCIÓN.
“La enseñanza ya no se entiende como el esfuerzo por hacer aprender alguien que se
encuentra en la orilla de la ignorancia, se mira más bien como el desafío de llegar a ser
capaz de diseñar ambientes y condiciones propicias para que los sujetos puedan
aprender” 67
La tecnología se presta para aplicar muchas alternativas en los modelos de
aprendizaje, además se debe considerara que está cambia constantemente por lo que
los modelos deberán hacerlo de igual forma, es decir se deberán introducir nuevas
variaciones en los modelos.
113
RECURSOS.-
Elemento Criterio de
selección
Población Elección Muestras
seleccionadas
Características Selección
Métodos
Pedagógicos
Métodos
Existentes
Requerimientos
necesarios
Tradicional,
Socialista,
Conectivista, Constructivista,
Romántico
Conductista
Mas
utilizados
Tradicional
Transmisionista
Romántico Constructivismo
Socialista
Activo
Colaborativo
Centrado/alumno Evaluación por
Procesos
Maestro facilitador.
Creativo
Libertad Alternativas de
solución
Aprendizaje dinámico
Constructivismo
Robots
Educativos
Bioloid….
Mindstorm
Fischertechnik…
Kondo Varta
Hitec
Ollo
Mas utiliza
dos en
educación
Bajo costo
Bioloid….
Mindstorms
Fischertechnik… Kondo
Fácil adquisición
Precio
Didáctico
Fácil de usar
Pgrm grafica Comunicación
Portabilidad
Independencia de la plataforma.
Mindstorms
Placas de desarrollo
(Microcontr
oladores)
Aplicados a robótica
Atmel ARDUINO
Intel
Texas instrument Pics
PINGUINO
Más usados Adaptable
Bajo costo
Pics Atmel
ARDUINO
PINGUINO
SW libre
HW libre Costo
Disponibilidad
Expansion Usuarios docum
Pgrm directa
Librerias desarr. Librerias probad.
ARDUINO
Software
afines
Educativo
Industrial
Lab View
Matlab
Ardublock
Miniblock
Uso común
LabView
Matlab
Pgrm grafica
Licencia
Trabaja con
Arduino.
LabView
Alumnos
Conocimientos eléctrica
Electrónica
Mecánica Activos
Escuela de
Ingeniería
Mecánica
Intencional
Estudiantes de
Sexto semestre
Conocimientos
de electrónica
Estudiantes de
electrónica
En la actualidad es innegable que la educación ya empieza a organizarse a través del
computador y de las redes virtuales con sus ventajas y desventajas.
Se debe tomar muy en cuenta que en todo método de aprendizaje la motivación es un
factor determinante del rendimiento del estudiante por lo que en cada sesión de
trabajo o clase debe darse un tiempo prudencial para esta actividad.
Ambiente de trabajo.-
La propuesta fue realizada para la catedra de electrónica con estudiantes de sexto
semestre de la carrera de ingeniería mecánica de la Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo.
114
El grupo recibirá el aprendizaje de la robótica; es decir la implementación del curso
utilizando un robot educativo, el uso de un prototipo y robot pedagógico.
Instrumentos.-
En la presente investigación se tiene como instrumentos hojas guías (pruebas
objetivas) para verificar el conocimiento de la robótica antes y después de aplicar el
método propuesto. (Ver anexos del 1 al 9)
Otro de los instrumentos de verificación es el robot educativo, pedagógico y uso del
prototipo con prácticas que se han diseñado para cada uno de estos instrumentos. (Ver
anexos del 12 al 14)
Procedimiento.-
“El diseño metodológico constituye la mejor estrategia a seguir para dar solución a los
objetivos planteados y comprende la definición y secuenciación de un conjunto de
actividades particulares (Tamayo-Tamayo 2000)”68
En realidad el diseño de un modelo ideal para la enseñanza de la robótica que es
multidisciplinaria no es posible, ya que intervienen muchos factores, indicando que
cada modelo tiene sus ventajas y desventajas, pero como se analizó anteriormente se
toma como referencia el modelo constructivista que es el que mejor cumple con los
requerimientos para el aprendizaje de la robótica.
La enseñanza de la robótica tiene como requerimiento principal que el método
aplicado sea activo, colaborativo, centrado en el alumno, creativo y que se tenga
información de fácil acceso.
METODOLOGIA
PRACTICAS PROTOTIPO
ROBOT EDUCATIVO
INTRODUCCION A LA ROBOTICA
ROBOT PEDAGOGICO
115
La propuesta tiene como objetivo proponer una metodología utilizando herramientas
informáticas para el aprendizaje de la robótica, en resumen se puede indicar que se
plantea la enseñanza a través de la robótica educativa, manejo de un prototipo y la
robótica pedagógica.
La presente investigación se proyecta con las siguientes etapas:
1. Conformación de los dos grupos de trabajo.
2. Evaluación Diagnóstica para la verificación de conocimientos de robótica de
todos los participantes antes de aplicar el método
3. Aplicación del método
4. Verificación de conocimientos después de aplicar el método.
5. Evaluación de resultados.
Aplicación del modelo.-
Para la aplicación del modelo se procederá de la forma que se indica a continuación:
1. Introducción a la robótica
Una clase magistral mediante una conferencia sobre introducción a
la robótica.
2. Robot Educativo
Estudio de la robótica educativa.
Programación y prácticas con el robot educativo.
3. Practicas Prototipo
Conocimiento del prototipo
Practicas con el prototipo.
4. Robot Pedagógico
Estudio de la robótica pedagógica
Practicas sobre robótica pedagógica.
5. Evaluación
Inicial
Formativa
Final
116
1. Introducción a la robótica
Clase Magistral
La clase magistral estará conformada por las siguientes etapas. Ver Anexo No.
11.
a. Motivación
b. Presentar el tema y el objetivo de la clase
c. Exponer el tema
d. Preguntas y respuestas
Cuando se realicen las diferentes prácticas con los estudiantes se deberá
presentar el trabajo a realizar, mostrar pasos a seguir, indicar posibles
inconvenientes que se pueden presentar, analizar la solución presentada.
Durante toda la practica la actitud del maestro será de un facilitador,
procurando que el alumno descubra e investigue por si solo o en grupo con toda
libertad.
Una vez realizada la práctica, se procederá a comprobar el funcionamiento y se
pedirá realizar algunas variaciones con la finalidad de que el alumno adquiera
mayor destreza en la programación, manejo y cambio de elementos, además se
pedirá si es el caso realizar mejoras a la solución presentada.
Se debe promover el intercambio de información entre alumnos o grupos que
realizan la práctica.
En las prácticas y actividades, se indicara cuales actividades son individuales y
cuales colaborativas. En las actividades colaborativas se requiere que todos
los integrantes del grupo sean responsables de la práctica que se realiza.
2. Robot Educativo
Estudio de la robótica educativa
a. Motivación
b. Presentar el tema y el objetivo de la clase
c. Exponer el tema
117
Programación y prácticas con el robot educativo
a. Formar grupos de trabajo para prácticas colaborativas
b. Realización de prácticas de acuerdo al tema tratado
c. Sugerir variaciones a la practica
d. Compartir conocimientos entre grupos
e. Preguntas y respuestas
Para las actividades prácticas se formaran grupos de 4 alumnos
Tabla 46. Practicas del grupo A
GRUPOS No. DE
ALUMNOS TEMA PRACTICAS
G1…..Gn 4 ROBOT EDUCATIVO 1,2,3
Autor: Iván Cantos.
3. Practicas Prototipo
Conocimiento del prototipo
a. Motivación
b. Conocimiento de elementos y requerimientos
Practicas con el prototipo
a. Formar grupos de trabajo para prácticas colaborativas
b. Realización de prácticas con los diferentes elementos
c. Compartir conocimientos entre grupos
d. Preguntas y respuestas
Para las actividades prácticas se formaran grupos de 4 alumnos
GRUPOS No. DE
ALUMNOS TEMA PRACTICAS
G1….Gn 4 PROTOTIPO 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
Autor: Iván Cantos.
4. Robot Pedagógico
Estudio de la robótica pedagógica
a. Motivación
b. Presentar el tema y el objetivo de la clase
c. Exponer el tema
118
Practicas sobre robótica pedagógica.
a. Formar grupos de trabajo para prácticas colaborativas
b. Realización de prácticas de acuerdo al tema tratado
c. Sugerir variaciones a la practica
d. Compartir conocimientos entre grupos
e. Preguntas y respuestas
f. Evaluar los indicadores como creatividad, complejidad. Ver anexos: 2,
3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9.
Para las actividades prácticas se formaran grupos de 4 alumnos
GRUPOS No. DE
ALUMNOS TEMA PRACTICAS
G1……Gn 4 ROBOT PEDAGOGICO 1,2,3,4
Autor: Iván Cantos.
5. Evaluaciones:
Los métodos y los instrumentos que sirven para la evaluación forman parte del
diseño de la metodología a seguir, para la robótica como ya se mencionó el mejor
método a seguir es el constructivismo.
Desde el inicio debe empezar el proceso de evaluación y se podrían aplicar
variaciones de acuerdo a las informaciones que se obtenga del proceso.
En la metodología a implementar no se considera una sola evaluación al final del
aprendizaje, sino que se dará en tres pasos básicamente:
Evaluación al inicio.
Evaluación formativa durante la aplicación del método
Evaluación final.
Evaluación inicial
La evaluación inicial en si es una prueba de diagnóstico, la intención es
descubrir o averiguar cuáles son los conocimientos del alumno antes de aplicar
la metodología.
119
La evaluación al inicio se realizara con una prueba objetiva la cual deberá ser
lo más clara posible, pudiendo aplicarse el método de selección múltiple. Ver
anexo No.1
Evaluación formativa
En la etapa formativa se deberá indicar que en la fase de robot pedagógico
se realizara una evaluación en donde se cuantificara fundamentalmente la
creatividad, complejidad, control, manipulación y aplicación.
En cada cierre de clase o práctica, se debe aprovechar la ocasión para plantear
interrogantes y problemas abiertos para la investigación de los alumnos. Ver
Anexo No. 14.
Evaluación final
Esta evaluación se lo realizara una vez finalizada la metodología aplicada y
representa la valoración de los conocimientos adquiridos por el estudiante, para
esto se presenta un caso de estudio, ver Anexo 10.
4.5. PARTE APLICATIVA DEL TRABAJO
En la parte aplicativa se realizaron varias prácticas, planificadas y estructuradas, de tal
manera que el estudiante vaya progresivamente construyendo su conocimiento y
desarrollando destrezas. Por esta razón se procedió de la siguiente manera:
1. Practicas con el Robot Educativo. Refiérase Anexo No. 12
2. Practicas con el Prototipo. Refiérase Anexo No. 13
3. Practicas con el Robot Pedagógico. Refiérase Anexo No. 14
120
CONCLUSIONES
El modelo pedagógico que más se ajusta a la propuesta es el modelo
constructivista el cual cumple con el 92% de los requerimientos para la
enseñanza de la robótica, ya que el estudiante es el generador y constructor de
su propio conocimiento. En cada una de las prácticas pone a prueba la
aplicación de sus conocimientos científicos y soluciona nuevas situaciones,
además crea soluciones o mejoras.
El robot educativo que más idóneo a la propuesta con el 95% de los
requerimientos más importantes cumplidos es el Mindstorms, ya que es fácil
de adquirir, su precio es accesible, es didáctico, fácil de usar, su programación
es gráfica, es portable e independiente de la plataforma.
Se utilizan placas de desarrollo Arduino ya que cumplen con el 95% de los
requerimientos para el trabajo con Software libre, costo bajo, fáciles de
adquirir, modular, trabaja con programación directa.
El software que se utiliza es el LabView ya que tiene el 70% de los
requerimientos, por trabajar con programación gráfica, la institución cuenta
con licencia y además trabaja con Arduino.
Se elaboraron, planificaron y ejecutaron varias prácticas para que los
estudiantes logren identificar y manipular cada uno de los componentes del
robot educativo y pedagógico.
Cada grupo de trabajo realizo una práctica en la cual demostraron su capacidad
de identificar y manipular los elementos empleados en la robótica.
Las evaluaciones realizadas permitieron ver el mejor avance del grupo A: Una
evaluación inicial para determinar el conocimiento previo de los dos grupos de
estudio, donde el grupo B que trabajo sin la propuesta supero 67% a 62% al
grupo A que trabajo con la propuesta; Una evaluación formativa durante todo
el proceso de enseñanza aprendizaje, con matrices que determinan la
complejidad y creatividad del estudiante, en la que el grupo A supera al grupo
B; y, una evaluación final que midió su aprendizaje, para poder realizar una
comparación entre los grupos de estudio, en la cual el grupo A obtuvo 83%
frente al 68% del grupo B. Quedando demostrada la hipótesis planteada y que
el grupo en el cual se aplicó la propuesta tuvo mejor rendimiento académico
pese a que en un inicio presento un menor conocimiento de la robótica.
121
La robótica pedagógica es más influyente en los alumnos, puesto el
emprendimiento planteado en sus proyectos se orientan hacia este campo
porque son ellos quienes pueden construir sus propios prototipos, en cambio la
robótica educativa les induce a ser menos activos ya que tienen a la mano
todos los elementos para la construcción del robot.
RECOMENDACIONES
Se debe plantear la posibilidad de aplicar esta propuesta en la asignatura de
electrónica dentro de la malla curricular de la carrera de Ingeniería Mecánica de la
Facultad de Mecánica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
Utilizar robots educativos como el Mindstorms para tener un práctico y
significativo aprendizaje de los estudiantes.
Las placas de desarrollo Arduino, contribuyeron en gran medida a que los
estudiantes desarrollen destrezas en el manejo de los componentes de un robot.
Por lo que es recomendable su utilización dentro del proceso de formación de los
estudiantes.
Es importante ir incrementado el grado de dificultad según van avanzando las
prácticas con la finalidad de generar investigación y creatividad en los educandos.
Es necesaria la actualización tecnológica de nuestros talleres y laboratorios, la
ciencia evoluciona y la demanda de la sociedad actual es cada vez más exigente.
Los nuevos equipos funcionan en base a robots y el estudiante debe familiarizarse
y dominar esta tecnología, para que no pierda su espacio competitivo con sus
similares de otras universidades del país y el mundo.
Mantener el grupo formado por cuatro alumnos, ya que la robótica siendo
multidisciplinaria el trabajo colaborativo y el intercambio de información da
buenos resultados.
Se debe incentivar la construcción de prototipos con mejores prestaciones y
aplicaciones.
122
ANEXOS
ANEXO No. 1
PRUEBA OBJETIVA INICIAL (DE DIAGNOSTICO) DE ROBOTICA
CENTRO EDUCATIVO:_______________________________________
MATERIA: __________________________________________________
PROFESOR: _________________________________________________
ALUMNO: ___________________________________________________
NIVEL: ____________TIEMPO:______________FECHA____________
1. ¿QUÉ ES UN ROBOT?
a) Elemento mecánico que se parece a un humano.
b) Equipo mecánico que realiza operaciones peligrosas.
c) Sistema compuesto por elementos mecánicos, electrónicos y de
programación, que sirve para realizar múltiples tareas.
2. ¿SELECCIONAR LOS COMPONENTES PRINCIPALES QUE
FORMAN UN ROBOT?
a) Brazos mecánicos, control electrónico.
b) Transformador de potencia, motores eléctricos, pulsadores.
c) Módulo de salida, de entrada y monitor.
d) Manipulador, computadora y fuente de poder.
3. ¿QUÉ ÁREAS DEL CONOCIMIENTO ESTÁN RELACIONADAS CON
LA ROBÓTICA?
a) Álgebra, Química, Inteligencia Artificial.
b) Mecánica, Electrónica, Informática.
c) Ingeniería de control, tecnología de materiales, brazos robóticos.
4. SE CONSIDERA UNA VENTAJA DE LOS ROBOTS :
a) Precisión, seguridad, calidad y rapidez en los trabajos.
123
b) Manufacturas de muchos productos.
c) Reducción de costos y menor mantenimiento.
d) Elevar la calidad de vida y dar felicidad.
5. ¿CUÁL ES UNA DESVENTAJA DEL ROBOT
a) Son peligrosos, pueden causar accidentes.
b) Reducción de costos con menor producción.
c) Desplazamiento de mano de obra no especializada y elevado costo de
instalación.
d) Los robots son una amenaza en la vida humana.
6. ¿QUÉ SE ENTIENDE POR ROBÓTICA?
a) Ciencia dedicada a controlar un dispositivo mecánico-electrónico.
b) Ciencia y tecnología dedicada a la arquitectura de robots.
c) Ciencia que se encarga de la ergonomía del robot.
d) Estudia el diseño, construcción y programación de robots.
7. ¿QUÉ SON LOS SENSORES?
a) Dispositivo que controla una variable.
b) Elemento que transmite una señal eléctrica a un actuador.
c) Elemento que mide una variable de acuerdo a una variación física.
d) Elemento de entrada y salida para señal de control.
8. ¿CUÁLES SON ELEMENTOS DE ENTRADA DE UN SISTEMA
ROBÓTICO?
a) Corriente alterna, pulsador, interruptor, motor.
b) Pulsador, potenciómetro, elemento ultrasónico.
c) Motor de paso, cilindro hidráulico, fotocélula.
9. ¿QUÉ FUNCIÓN TIENEN LOS ELEMENTOS DE SALIDA O
ACTUADORES?
a) Proporcionar la potencia para elementos eléctricos, hidráulicos o
neumáticos.
124
b) Actúan sobre el control eléctrico.
c) Capacidad para realizar toda función.
d) Actúan sobre los sensores.
10. ¿PARA QUÉ SE USA LOS SENSORES ULTRASÓNICOS EN
ROBÓTICA?
a) Para tener una mejor audición.
b) Para crear barreras de protección.
c) Para medir distancias.
d) Para mejorar las imágenes.
11. ¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS ACTUADORES EN SISTEMAS
ROBÓTICOS?
a) Eléctricos, magnéticos, hidráulicos, neumáticos.
b) Motores, potenciómetros, servo motores, pulsadores.
c) Galgas extensiometricas, termómetros, motores de paso.
d) Electroválvulas y servo válvulas.
12. EL SERVO MOTOR ES UN MOTOR QUE PUEDE:
a) Girar en un solo sentido.
b) Controlar con mucha precisión la velocidad.
c) Controlar posición y velocidad del eje.
d) Girar indefinidamente en ambos sentidos.
13. UNA CARACTERÍSTICA PARA UN MOTOR DE CORRIENTE
CONTINUA ES:
a) El controlar el ángulo de giro fácilmente.
b) Avanzar paso a paso con control de velocidad.
c) Se puede controlar la velocidad variando el voltaje de entrada.
d) Controlar la velocidad por ajuste de la frecuencia.
125
14. ¿QUÉ ELEMENTOS FORMAN UN SERVO MOTOR?
a) Rotor, estator, escobillas.
b) Motor de continua o alterna, tren de engranajes, control electrónico.
c) Motor eléctrico y mecanismo piñón-cremallera.
d) Motor de corriente alterna y PLC.
15. ¿QUÉ ES UN MICROCONTROLADOR?
a) Un controlador para sistemas eléctricos de alta potencia.
b) Circuito electrónico programable que tiene toda la arquitectura de un
computador, que necesita de periféricos de E/S.
c) Circuito integrado basado en compuertas lógicas no programable.
d) Un controlador formado por varios PLCs.
126
ANEXO No. 2
PRACTICA 1 PULSADOR
GRUPO A
NOTA
NINGUNA
3
MEDIA
2
ALTA
1
SIN
CONSECUENCIAS
3
MINIMAS
2
SERIAS
1
MENOR TIEMPO
3
INTERMEDIO
2
MAYOR TIEMPO
1
UNA VEZ
3
DOS VECES
2
TRES VECES
1
REALIZA LA
PRACTICA CON
TODA SEGURIDAD
TIENE POCOS
INCONVENIENTE
S PARA REALIZAR
LA PRACTICA
INSEGURIDAD
Y MUCHOS
INCONVENIEN
TES
NO HAY DANO
EN EL EQUIPO
DANOS
MINIMOS EN EL
EQUIPO
EQUIPO
DANADO
TOTALMEN
TE
ANTES DEL
LAPSO DE
TIEMPO
DENTRO DEL
LAPSO DE
TIEMPO
(FUERA DEL
LAPSO DE
TIEMPO
A1 2 3 2 3 10
A2 3 3 3 3 12
A3 2 3 2 3 10
A4 2 3 2 3 10
A5 3 3 3 3 12
A6 2 3 2 3 10
A7 3 3 2 3 11
A8 2 3 2 3 10
A9 3 3 2 3 11
A10 3 3 3 3 12
A11 2 3 2 3 10
A12 3 3 3 3 12
A13 2 3 2 3 10
A14 3 3 2 3 11
A15 3 3 2 3 11
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS PARA EVALUAR LA COMPLEJIDAD
FRECUENCIA
NUMERO DE VECES QUE REALIZA LA PRACTICA EVALUACION DE LA COMPLEJIDAD EN
LAS PRACTICAS REALIZADAS CON:
ROBOT PEDAGOGICO
DIFICULTAD
TIENE INCONVENIENTES PARA REALIZAR LA
PRACTICA
CONSECUENCIAS
EJECUCION INADECUADA DE LA PRACTICA
DURACION
TIEMPO PARA REALIZAR LA PRACTICA
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
NOMBRE DEL ALUMNO
127
ANEXO No. 3
PRACTICA 1 PULSADOR
GRUPO A
NOTA
SATISFACTORIO 3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2 POR MEJORAR 1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
MUESTRA SU PRACTICA
CON ORIGINALIDAD Y
AGREGA VARIEDAD DE
DETALLES NOVEDOSOS AL
MISMO
MUESTRA SU
PRACTICA CON
ORIGINALIDAD CON
POCOS DETALLES
NOVEDOSOS
MUESTRA SU
PRACTICA CON
POCA
ORIGINALIDAD Y
NO AGREGA
DETALLES
NOVEDOSOS
AGREGA VARIEDAD
DE DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
AGREGA POCOS
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
NO SE
OBSERVAN
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
OFRECE VARIEDAD
DE RESPUESTAS
SOBRE EL USO QUE
PUEDE DARLE A SU
PRACTICA
OFRECE ALGUNAS
RESPUESTAS
SOBRE EL USO
QUE PUEDE DARLE
A A SU PRACTICA
REALIZA LA
PRACTICA PERO NO
OFRECE
RESPUESTAS SOBRE
EL USO QUE
PODRIA DARLE
A1 2 2 3 3 10
A2 2 2 3 3 10
A3 2 2 3 3 10
A4 2 2 3 3 10
A5 2 2 3 3 10
A6 1 2 2 2 7
A7 3 2 3 3 11
A8 1 2 2 2 7
A9 3 2 3 3 11
A10 2 2 3 3 10
A11 1 2 2 2 7
A12 2 2 3 3 10
A13 2 2 3 3 10
A14 3 2 3 3 11
A15 3 2 3 3 11
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS A EVALUAR SIGUIENDO EL TEST DE TORRANCE (1974) PARA EVALUAR LA CREATIVIDAD
CREA: FLUIDEZ
SE MIDE POR EL NUMERO DE RESPUESTAS EVALUACION DE LA CREATIVIDAD EN LAS
PRACTICAS REALIZADAS
ORI: ORIGINALIDAD
LAS RESPUESTA NOVEDOSAS Y NO CONVENCIONALES
ELAB: ELABORACION
DETALLES QUE EMBELLECEN Y MEJORAN LA
PRACTICA REALIZADA
FX: FLEXIBILIDAD
VARIEDAD DE RESPUESTAS
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
128
ANEXO No. 4
PRACTICA 2 POTENCIOMETRO
GRUPO A
NOTA
NINGUNA
3
MEDIA
2
ALTA
1
SIN
CONSECUENCIAS
3
MINIMAS
2
SERIAS
1
MENOR TIEMPO
3
INTERMEDIO
2
MAYOR TIEMPO
1
UNA VEZ
3
DOS VECES
2
TRES VECES
1
REALIZA LA PRACTICA
CON TODA
SEGURIDAD
TIENE POCOS
INCONVENIENTES
PARA REALIZAR LA
PRACTICA
INSEGURIDAD Y
MUCHOS
INCONVENIENTES
NO HAY DANO EN
EL EQUIPO
DANOS MINIMOS
EN EL EQUIPO
EQUIPO
DANADO
TOTALMENTE
ANTES DEL LAPSO
DE TIEMPO
DENTRO DEL
LAPSO DE
TIEMPO
(FUERA DEL LAPSO
DE TIEMPO
A1 3 3 3 3 12
A2 3 3 3 3 12
A3 3 3 3 3 12
A4 3 3 3 3 12
A5 3 3 3 3 12
A6 2 3 1 3 9
A7 3 3 3 3 12
A8 2 3 1 3 9
A9 3 3 3 3 12
A10 3 3 3 3 12
A11 2 3 1 3 9
A12 3 3 3 3 12
A13 3 3 3 3 12
A14 3 3 3 3 12
A15 3 3 3 3 12
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS PARA EVALUAR LA COMPLEJIDAD
FRECUENCIA
NUMERO DE VECES QUE REALIZA LA PRACTICA
EVALUACION DE LA COMPLEJIDAD EN LAS
PRACTICAS REALIZADAS CON: ROBOT
PEDAGOGICO
DIFICULTAD
TIENE INCONVENIENTES PARA REALIZAR LA
PRACTICA
CONSECUENCIAS
EJECUCION INADECUADA DE LA PRACTICA
DURACION
TIEMPO PARA REALIZAR LA PRACTICA
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
129
ANEXO No. 5
PRACTICA 2 POTENCIOMETRO
GRUPO A
NOTA
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
MUESTRA SU
PRACTICA CON
ORIGINALIDAD Y
AGREGA VARIEDAD
DE DETALLES
NOVEDOSOS AL
MISMO
MUESTRA SU
PRACTICA CON
ORIGINALIDAD CON
POCOS DETALLES
NOVEDOSOS
MUESTRA SU
PRACTICA CON
POCA
ORIGINALIDAD Y
NO AGREGA
DETALLES
NOVEDOSOS
AGREGA VARIEDAD
DE DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
AGREGA POCOS
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
NO SE
OBSERVAN
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
OFRECE VARIEDAD
DE RESPUESTAS
SOBRE EL USO QUE
PUEDE DARLE A SU
PRACTICA
OFRECE ALGUNAS
RESPUESTAS
SOBRE EL USO
QUE PUEDE DARLE
A A SU PRACTICA
REALIZA LA
PRACTICA PERO
NO OFRECE
RESPUESTAS
SOBRE EL USO
QUE PODRIA
DARLE
A1 3 3 3 3 12
A2 3 3 3 3 12
A3 3 3 3 3 12
A4 3 3 3 3 12
A5 3 3 3 3 12
A6 2 2 2 2 8
A7 3 3 3 3 12
A8 2 2 2 2 8
A9 3 3 3 3 12
A10 3 3 3 3 12
A11 2 2 2 2 8
A12 3 3 3 3 12
A13 3 3 3 3 12
A14 3 3 3 3 12
A15 3 3 3 3 12
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS A EVALUAR SIGUIENDO EL TEST DE TORRANCE (1974) PARA EVALUAR LA CREATIVIDAD
CREA: FLUIDEZ
SE MIDE POR EL NUMERO DE RESPUESTAS
EVALUACION DE LA CREATIVIDAD EN LAS
PRACTICAS REALIZADAS
ORI: ORIGINALIDAD
LAS RESPUESTA NOVEDOSAS Y NO
CONVENCIONALES
ELAB: ELABORACION
DETALLES QUE EMBELLECEN Y MEJORAN LA
PRACTICA REALIZADA
FX: FLEXIBILIDAD
VARIEDAD DE RESPUESTAS
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
130
ANEXO No. 6
PRACTICA 3 SERVOMOTOR
GRUPO A
NOTA
NINGUNA
3
MEDIA
2
ALTA
1
SIN
CONSECUENCIAS
3
MINIMAS
2
SERIAS
1
MENOR TIEMPO
3
INTERMEDIO
2
MAYOR TIEMPO
1
UNA VEZ
3
DOS VECES
2
TRES VECES
1
REALIZA LA PRACTICA
CON TODA
SEGURIDAD
TIENE POCOS
INCONVENIENTES
PARA REALIZAR LA
PRACTICA
INSEGURIDAD Y
MUCHOS
INCONVENIENTES
NO HAY DANO EN
EL EQUIPO
DANOS MINIMOS
EN EL EQUIPO
EQUIPO
DANADO
TOTALMENTE
ANTES DEL LAPSO
DE TIEMPO
DENTRO DEL
LAPSO DE
TIEMPO
(FUERA DEL LAPSO
DE TIEMPO
A1 3 3 3 3 12
A2 3 3 3 3 12
A3 3 3 3 3 12
A4 3 3 3 3 12
A5 3 3 3 3 12
A6 2 3 1 2 8
A7 3 3 3 3 12
A8 2 3 1 2 8
A9 3 3 3 3 12
A10 3 3 3 3 12
A11 2 3 1 2 8
A12 3 3 3 3 12
A13 3 3 3 3 12
A14 3 3 3 3 12
A15 3 3 3 3 12
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS PARA EVALUAR LA COMPLEJIDAD
FRECUENCIA
NUMERO DE VECES QUE REALIZA LA PRACTICA
EVALUACION DE LA COMPLEJIDAD EN LAS
PRACTICAS REALIZADAS CON: ROBOT
PEDAGOGICO
DIFICULTAD
TIENE INCONVENIENTES PARA REALIZAR LA
PRACTICA
CONSECUENCIAS
EJECUCION INADECUADA DE LA PRACTICA
DURACION
TIEMPO PARA REALIZAR LA PRACTICA
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
131
ANEXO No. 7
PRACTICA 3 SERVOMOTOR
GRUPO A
NOTA
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
MUESTRA SU
PRACTICA CON
ORIGINALIDAD Y
AGREGA VARIEDAD
DE DETALLES
NOVEDOSOS AL
MISMO
MUESTRA SU
PRACTICA CON
ORIGINALIDAD CON
POCOS DETALLES
NOVEDOSOS
MUESTRA SU
PRACTICA CON
POCA
ORIGINALIDAD Y
NO AGREGA
DETALLES
NOVEDOSOS
AGREGA VARIEDAD
DE DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
AGREGA POCOS
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
NO SE
OBSERVAN
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
OFRECE VARIEDAD
DE RESPUESTAS
SOBRE EL USO QUE
PUEDE DARLE A SU
PRACTICA
OFRECE ALGUNAS
RESPUESTAS
SOBRE EL USO
QUE PUEDE DARLE
A A SU PRACTICA
REALIZA LA
PRACTICA PERO
NO OFRECE
RESPUESTAS
SOBRE EL USO
QUE PODRIA
DARLE
A1 3 3 2 3 11
A2 2 2 3 3 10
A3 3 3 2 3 11
A4 3 3 2 3 11
A5 2 2 3 3 10
A6 2 2 1 2 7
A7 2 2 3 3 10
A8 2 2 1 2 7
A9 2 2 3 3 10
A10 2 2 3 3 10
A11 2 2 1 2 7
A12 2 2 3 3 10
A13 3 3 2 3 11
A14 2 2 3 3 10
A15 2 2 3 3 10
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS A EVALUAR SIGUIENDO EL TEST DE TORRANCE (1974) PARA EVALUAR LA CREATIVIDAD
CREA: FLUIDEZ
SE MIDE POR EL NUMERO DE RESPUESTAS
EVALUACION DE LA CREATIVIDAD EN LAS
PRACTICAS REALIZADAS
ORI: ORIGINALIDAD
LAS RESPUESTA NOVEDOSAS Y NO
CONVENCIONALES
ELAB: ELABORACION
DETALLES QUE EMBELLECEN Y MEJORAN LA
PRACTICA REALIZADA
FX: FLEXIBILIDAD
VARIEDAD DE RESPUESTAS
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
132
ANEXO No. 8
PRACTICA 4 MOTOR DE CD
GRUPO A
NOTA
NINGUNA
3
MEDIA
2
ALTA
1
SIN
CONSECUENCIAS
3
MINIMAS
2
SERIAS
1
MENOR TIEMPO
3
INTERMEDIO
2
MAYOR TIEMPO
1
UNA VEZ
3
DOS VECES
2
TRES VECES
1
REALIZA LA PRACTICA
CON TODA
SEGURIDAD
TIENE POCOS
INCONVENIENTES
PARA REALIZAR LA
PRACTICA
INSEGURIDAD Y
MUCHOS
INCONVENIENTES
NO HAY DANO EN
EL EQUIPO
DANOS MINIMOS
EN EL EQUIPO
EQUIPO
DANADO
TOTALMENTE
ANTES DEL LAPSO
DE TIEMPO
DENTRO DEL
LAPSO DE
TIEMPO
(FUERA DEL LAPSO
DE TIEMPO
A1 3 3 3 3 12
A2 3 3 2 2 10
A3 3 3 3 3 12
A4 3 3 3 3 12
A5 3 3 2 2 10
A6 2 3 1 2 8
A7 3 3 2 3 11
A8 2 3 1 2 8
A9 3 3 2 3 11
A10 3 3 2 2 10
A11 2 3 1 2 8
A12 3 3 2 2 10
A13 3 3 3 3 12
A14 3 3 2 3 11
A15 3 3 2 3 11
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS PARA EVALUAR LA COMPLEJIDAD
FRECUENCIA
NUMERO DE VECES QUE REALIZA LA PRACTICA
EVALUACION DE LA COMPLEJIDAD EN LAS
PRACTICAS REALIZADAS CON: ROBOT
PEDAGOGICO
DIFICULTAD
TIENE INCONVENIENTES PARA REALIZAR LA
PRACTICA
CONSECUENCIAS
EJECUCION INADECUADA DE LA PRACTICA
DURACION
TIEMPO PARA REALIZAR LA PRACTICA
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
133
ANEXO No. 9
PRACTICA 4 MOTOR CD
GRUPO A
NOTA
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
SATISFACTORIO
3
ACEPTABLE
2
POR MEJORAR
1
MUESTRA SU
PRACTICA CON
ORIGINALIDAD Y
AGREGA VARIEDAD
DE DETALLES
NOVEDOSOS AL
MISMO
MUESTRA SU
PRACTICA CON
ORIGINALIDAD CON
POCOS DETALLES
NOVEDOSOS
MUESTRA SU
PRACTICA CON
POCA
ORIGINALIDAD Y
NO AGREGA
DETALLES
NOVEDOSOS
AGREGA VARIEDAD
DE DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
AGREGA POCOS
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
NO SE
OBSERVAN
DETALLES PARA
MEJORAR SU
PRACTICA
REALIZADA
OFRECE VARIEDAD
DE RESPUESTAS
SOBRE EL USO QUE
PUEDE DARLE A SU
PRACTICA
OFRECE ALGUNAS
RESPUESTAS
SOBRE EL USO
QUE PUEDE DARLE
A A SU PRACTICA
REALIZA LA
PRACTICA PERO
NO OFRECE
RESPUESTAS
SOBRE EL USO
QUE PODRIA
DARLE
A1 3 3 3 3 12
A2 3 3 3 3 12
A3 3 3 3 3 12
A4 3 3 3 3 12
A5 3 3 3 3 12
A6 0
A7 3 3 2 2 10
A8 2 2 2 2 8
A9 3 3 2 2 10
A10 3 3 3 3 12
A11 0
A12 3 3 3 3 12
A13 3 3 3 3 12
A14 3 3 2 2 10
A15 3 3 2 2 10
INSTRUMENTO DE EVALUACION
ASPECTOS A EVALUAR SIGUIENDO EL TEST DE TORRANCE (1974) PARA EVALUAR LA CREATIVIDAD
CREA: FLUIDEZ
SE MIDE POR EL NUMERO DE RESPUESTAS
EVALUACION DE LA CREATIVIDAD EN LAS PRACTICAS
REALIZADAS
ORI: ORIGINALIDAD
LAS RESPUESTA NOVEDOSAS Y NO
CONVENCIONALES
ELAB: ELABORACION
DETALLES QUE EMBELLECEN Y MEJORAN LA
PRACTICA REALIZADA
FX: FLEXIBILIDAD
VARIEDAD DE RESPUESTAS
NOMBRE DEL ALUMNO
RASGOS
134
ANEXO 10
EVALUACION FINAL
“CASO DE ESTUDIO: ROBOT PARA DESMINADO”69
La necesidad de limpiar minas terrestres (militares) plantea un gran desafío, visto
como un problema de seguridad y viabilidad. Para lograr esta tarea, el robot EOD ha
sido diseñado y fabricado. Una imagen del diseño del robot se muestra a continuación:
El robot ha sido probado y usando en tareas adicionales como el análisis de explosivos
en probables ataques terroristas. En la siguiente figura se puede apreciar la
desactivación de un probable coche-bomba.
La cámara que lleva incorporada el robot es usada solo para grabar información
135
Indicar y justificar la selección de los siguientes componentes en base a la función
que cumple este robot. Se debe tomar en consideración algunos detalles como:
autonomía, torque, velocidad, control fino de posición, evitar obstáculos, cambios
de temperatura, entre otros que considere necesario implementar.
- Actuador para el movimiento del robot:
El estudiante deberá analizar características como: alimentación energética por la
autonomía que debe tener el robot, regulación de torque y velocidad por los diversos
terrenos que se moverá.
La respuesta correcta sería MOTORES CC.
- Actuadores para el brazo robótico y cámara:
Por tratarse de un brazo robótico se debe considerar que es esencial el control de
posición. Las posiciones del brazo durante cualquier tarea deberían ser muy estables,
es decir no se podrá permitir que por peso propio o aceleraciones del brazo cambie la
posición o trayectoria.
La respuesta más adecuada sería SERVOMOTOR, ya que al tener control por PWM y
caja reductora incorporada se puede controlar con gran precisión el movimiento, y que
debido a la condición mecánica de los engranes se evitan movimientos inerciales.
- Sensores para evitar el choque del robot:
Debido a la naturaleza de robot móvil, casi siempre estará en contacto con obstáculos,
por tanto será necesario algún tipo de sensor para evitar tales impactos que podrían
ocasionar daños al robot.
Lo más adecuado sería el uso de sensores ULTRASÓNICOS o algún sensor parecido.
- Sensores para detectar cambios de temperatura que podrían indicar riesgos:
Este robot trabajará en ambientes peligrosos que pudiesen indicar riesgo para personal
y el mismo robot, por tanto es importante tener incorporado un sistema de control que
tome en cuenta los cambios de temperatura.
Lo más adecuado sería el uso de sensores LM35.
136
- Microcontrolador para el robot:
Aquí el estudiante deberá analizar las posibles entradas y salidas que usaría un robot
de estas características. Si bien es cierto ya se indican algunas, pueden ser necesarias
otras actividades.
Debe seleccionar un Arduino o un PIC, pero deberá especificar las características junto
al modelo, e.g. Arduino uno, Arduino Mega, PIC16F877A, etc.
137
ANEXO 11
PLAN DE CLASE: INTRODUCCION A LA ROBOTICA
DATOS INFORMATIVOS
DATOS DE LA INSTITUCION
Nombre ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO
DATOS DEL PROFESOR
Nombre IVAN CANTOS CASTILLO
Fecha de elaboracion
DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre ELECTRONICA
Codigo IM11689
Horas 2
OBJETIVOS GENERALES DE LA CLASE
Indicar breve historia de la robótica
Describir en forma básica y sencilla el conocimiento de la robótica
Crear en los alumnos un interés por el aprendizaje de la robótica
Fomentar en los alumnos el trabajo en equipo ya que la robótica es multidisciplinaria
Describir los módulos empleados en la robótica
Indicar que áreas están relacionadas con la robótica
PLANEACION DE LA CLASE
Tema: Introducción a la robótica
Horas
2
Propósito Tiempo Contenido Actividades
Lograr que el estudiante
tenga un conocimiento
del desarrollo de robótica
a través de la historia.
Indicar las partes
principales del robot.
Conocimiento de los
módulos de los robots.
Indicar como se va
desarrollando la robótica
en la actualidad
15 min
10 min
5 min
20 min
35 min
35 min
Video de motivación
Breve historia de la robótica a través del
tiempo
Que es la robótica
Áreas del conocimiento que están
relacionadas con la robótica. Mecánica,
eléctrica, electrónica, informática
Partes del robot como sensores,
microcontroladores motores.
Módulos del robot (módulo de entrada,
control y salida)
Exposición
del facilitador
Presentar
video de
motivación
sobre la
robótica
Preguntas y
respuestas
Formación de
grupos para
trabajo en
equipo
138
Recursos
didácticos
Bibliografía de consulta Evaluación
Pizarrón
Proyector
Computador
Robot
Seminario Internacional” TICS aplicadas a la educación” La
robótica educativa. Autor: Mauricio Gálvez Legua.
http://bibliotecadigital.educ.ar/uploads/contents/ROBOTICA1
http://twileshare.com/uploads/[ingenieria]_mcgraw_hill_-
_fundamentos_de_robotica_(barrientos,_pe%C3%B1in,_balag
uer,aracil).pdf
http://www.eduteka.org/RoboticaPedagogica.php
Por
retroalimentación
Preguntas/respuestas
139
ANEXO 12
PRÁCTICA ROBOT EDUCATIVO
ROBOT EDUCATIVO MINDSTORMS
“La realización de proyectos de robótica otorga al estudiante la capacidad de aprender
importantes conocimientos a través de la construcción, programación y prueba de los
robots. Durante este proceso el estudiante se encontrará con conceptos claves que se
relacionan con las ciencias de la computación, matemáticas aplicadas, ciencias en
general, trabajo en equipo y comunicación. Al mismo tiempo el estudiante aprende el
proceso de explorar, planificar y resolver problemas. También se familiariza con el
principio de dividir un proyecto en pequeñas partes y así lograr una solución metódica
y más abordable”70
ARMAR EL ROBOT
Se puede encontrar una serie de posibilidades para armar un robot, pero se recomienda
armar el modelo ¨Quick Start Model ¨ según las instrucciones paso a paso indicadas en
LEGO MINDSTORMS USER GUIDE.
Ilustración 43. Quick start model.
Autor: Iván Cantos
Ilustración 42. Diferentes modelos de robots que se pueden armar
140
Finalmente debe tener un robot como el. (Quick Start Model)
El equipo base cuenta con los tres módulos principales, sensores (ultrasónico, colores,
toque), actuadores (servomotores) y control
Ilustración 44. Equipo básico de Mindstorms
Autor: Iván Cantos
SENSOR DE COLOR
SENSOR DE TOQUE
Funciona bajo el principio de presionar y soltar
proporcionándole al robot el sentido de tacto
Este permite diferenciar algunos colores
141
SENSOR DE SONIDO
SENSOR DE LUZ
SENSOR ULTRASONICO
SERVOMOTORES
Este sensor le permite al robot escuchar con
ajuste de la sensibilidad
Con este sensor el robot puede diferenciar entre
luz y oscuridad
Permite calcular la distancia a
un objeto
Los servomotores son los que
dan movimiento al robot
142
PROGRAMAR
Antes de instalar el software debemos estar seguros que el computador tiene como
mínimo los siguientes requerimientos.
“Microsoft Windows
Windows XP Professional or Home Edition with service Pack 2 or newer
Intel Pentium processor or compatible, 800Mhz minimum
(1.5Ghz or better recommended)
Windows vista service pack 1 or newer
Intel Pentium processor or compatible, 1GHz minimum
(1.5Ghz or better recommended)
CD-ROM drive
512MB of RAM minimum
700MB of available hard-disk space
XGA display (1024x768)
1 available USB port
Compatible Bluetooth adapter (optional)”71
Para programar el robot Mindstorms, utilizaremos el programa NXT-G, que es un
lenguaje gráfico basado en LabView de National Instrument.
MODULO DE CONTROL
Este módulo está compuesto principalmente por puertos para sensores, motores, USB,
botones de operación, indicadores de bluetooth, pantalla, etc.
Ilustración 45. Módulo de Control
Autor: Ivan Cantos
143
CONEXIÓN UTILIZANDO BLUETOOTH/USB
La comunicación entre el módulo de control y el computador se lo puede realizar a
través de bluetooth o puerto USB
PROGRAMA INICIAL
Al cargar el programa aparecerá la siguiente pantalla con dos opciones de abrir o crear
un programa nuevo.
Ilustración 46. Pantalla inicial de programación
Autor: Iván Cantos
Seleccionamos crear un nuevo programa (Go >>) y se verá la siguiente pantalla
Ilustración 47. Pantalla de trabajo.
Autor: Iván Cantos
144
Seleccionamos los elementos y realizamos los ajustes de acuerdo al proyecto, para esto
se escoge el elemento y se lo arrastra hacia la zona de trabajo, luego se procede a
realizar los ajustes de acuerdo a lo programado.
El panel de configuración o ajustes para todos los elementos, se encuentra en la parte
inferior de la pantalla, en realidad es muy fácil e intuitivo de usar.
Ilustración 48. Pantalla de Trabajo con bloques y acciones
Autor: Iván Cantos
El programa dispone de opción de ayuda, para esto hay que seleccionar el bloque y
aparece una descripción de la función en la parte inferior derecha de la pantalla. Si la
ayuda presentada no es suficiente debemos presionar “More Help” y obtendremos una
descripción completa.
PROYECTO 1 UTILIZANDO ROBOT EDUCATIVO MINDSTORM
En este proyecto se trata de desplazar al robot hacia adelante en forma recta con una
velocidad del 25% y 2 rotaciones, esto constituye la acción 1.Para esto seleccionamos
“Move” y se procede a realizar los ajustes según lo indicado
145
Ilustración 49. Selección del elemento
Autor: Iván Cantos
Ilustración 50. Ajustes de acción 1
Autor: Iván Cantos
En la acción 2 el robot dará un retroceso con curva hacia la derecha durante 2
segundos con una velocidad del 50% y se detiene.
146
Ilustración 51. Ajustes de la acción 2
Autor: Iván Cantos
CORREMOS EL PROGRAMA
Si el programa está listo debemos bajarlo al módulo de control vía bluetooth o USB,
por lo que deberemos presionar el botón de cargar y correr (Download/run). Si se usa
el puerto USB una vez cargado el programa se deberá pulsar el botón naranja en el
módulo de control
PROYECTO 2
Se proyecta dar movimiento al robot, emitir un sonido preestablecido, realizar una
pausa y enviar una imagen a la pantalla del módulo de control, además medir la
distancia a un obstáculo, todo esto se resume en las 7 acciones que se presentan a
continuación:
147
Ilustración 52. Contiene bloques del proyecto 2
Autor: Iván Cantos
Los bloque 1, 5 y 7 controlan el movimiento del robot. El bloque 2 emite un sonido,
existen algunas opciones para esto. El bloque 3 es de parada, el bloque 4 permite ver
en la pantalla del módulo de control imágenes pre establecidas, textos y se puede
realizar diseños propios. El bloque 6 mediante un sensor ultrasónico mide la distancia.
Para la acción 1 realizar los ajustes como se indica, las acciones 5 y 7 se realizan de
forma similar pero cambiando los ajustes a lo requerido
Ilustración 53. Ajustes para la acción 1
Autor: Iván Cantos
La acción 2 está destinada a producir un sonido previamente establecido (stop)
148
Ilustración 54. Ajustes de la acción 2
Autor: Iván Cantos
La acción 3 hace una pausa por tres segundos
Ilustración 55. Ajustes acción 3
Autor: Iván Cantos
149
La acción cuatro presenta una imagen en la pantalla del módulo de control
La acción 5 y 7 se procede en forma similar a la acción 1. La acción 6 mide una
distancia menor a 10 cm del obstáculo utilizando el sensor ultrasónico, el cual deberá
ubicarse en la parte frontal del robot y se utilizara el puerto 4 para conectar el sensor.
Ilustración 56. Ajustes de la acción 6 utilizando sensor ultrasónico
Autor: Iván Cantos
150
Ilustración 57. Proyecto 2 con todas las acciones
Autor: Iván Cantos
CORREMOS EL PROGRAMA
Si el programa está listo debemos bajarlo al módulo de control vía bluetooth o USB,
por lo que deberemos presionar el botón de cargar y correr (Download/run). Si se usa
el puerto USB una vez cargado el programa se deberá pulsar el botón naranja en el
módulo de control.
Si los ajustes y la programación son los correctos, el robot debería ejecutar y en
secuencia todas las acciones que se desea en el proyecto.
PROYECTO 3
Cuando se tenga que realizar algunas acciones repetidas veces, es mejor emplear el
bloque denominado “Loop”, todas las acciones dentro del “Loop” se repetirán el
número de veces que se indique.
151
Ilustración 58. Escoger acción de repetición (Lazo)
Autor: Iván Cantos
Ilustración 59. Ajuste del lazo
Autor: Iván Cantos
152
Ilustración 60. Acciones dentro del lazo
Autor: Iván Cantos
153
ANEXO 13
En el prototipo se pueden apreciar los tres módulos que se emplean en la robótica, es
decir módulo de entrada, módulo de control y módulo de salida.
Ilustración 61. Prototipo
Autor: Iván Cantos
Una vez que se montaron todos los elementos en el prototipo se procedió a realizar
todas las conexiones necesarias entre los módulos y comprobar el correcto
funcionamiento desde el programa principal de Labview.
En el módulo de entrada, compuesto por seis elementos analógicos y digitales, se
comprobó el correcto funcionamiento de cada uno de ellos ingresando los datos o
parámetros apropiados.
El módulo de salida compuesto por cuatro motores, se puso a funcionar en forma
individual a estos, ingresando los datos necesarios se evidencio que trabajan de
acuerdo a lo programado. En el prototipo existe una correcta interrelación entre los tres
módulos.
154
La ilustración No. 41 muestra el panel frontal del programa principal de control del
prototipo, se pueden distinguir los módulos de entrada con los sensores que se dispone
para las practicas, así tenemos pulsador, final de carreara, potenciómetro, temperatura,
luz y presión.
Al lado derecho se encuentra el módulo de salida con los actuadores motor de
corriente alterna, motor de corriente directa, servo motor y motor de paso. Tanto los
sensores como los actuadores que se presenta son los de mayor uso en prácticas de la
robótica, aunque se pueden implementar algunos mas según las necesidades.
Ilustración 62. Panel frontal del prototipo
Autor: Iván Cantos.
Una vez cargado el programa “main” en este caso, se lo debe hacer correr para lo cual
se debe activar pulsando la flecha situada en el lado superior izquierdo.
Estando en el panel frontal se puede elegir la práctica a realizar con la finalidad de
controlar, medir, experimentar, manipular y analizar el funcionamiento, para esto solo
se debe pulsar el botón encender con el ratón y este le llevara directamente
a la práctica seleccionada.
El panel de bloques es el que usualmente no se ve, pero en si es el bloque de
programación grafica en el cual se encuentra cada uno de los subprogramas que son
parte del programa principal.
155
El prototipo está compuesto por diez subprogramas los mismos que son parte de los
sensores y actuadores.
Una vez concluida la práctica se debe pulsar el botón STOP para parar el
programa o pulsar el botón ubicado en lado superior izquierdo.
Ilustración 63. Diagrama de bloques del programa principal del prototipo.
Autor: Iván Cantos.
PRÁCTICA 1: LECTURA DE UNA ENTRADA DIGITAL (PULSADOR)
Para esta práctica se emplea un pulsador tipo botón para emitir una señal digital 0/1,
ON/OFF es decir solo dos estados, cada vez que se pulse el botón ubicado en el
prototipo el indicador en la pantalla se iluminara y el valor digital deberá cambiar de
estado.
156
Ilustración 64. Panel frontal para lectura de un pulsador.
Autor: Iván Cantos.
El bloque de datos solo debe ser cambiado cuando los datos empleados sean diferentes
a los indicados.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado.
Para regresar al programa principal se debe pulsar .El bloque de datos solo
debe ser cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados.
PRÁCTICA 2: LECTURA DIGITAL (FINAL DE CARRERA)
Existen algunos tipos de sensores denominados final de carrera, pudiendo activar o
desactivar alguna acción según el caso, en realidad su principio de funcionamiento es
casi igual al de los pulsadores, es decir crean dos estados 0/1 o ON/OFF. Activando el
final de carrera del prototipo, en el panel de lectura se producirá el cambio respectivo
en el foco indicador y en el valor digital.
157
Ilustración 65. Panel frontal para lectura del final de carrera.
Autor: Iván Cantos.
PRÁCTICA 3: ENTRADA ANALOGICA (POTENCIOMETRO).
Utilizando un potenciómetro (resistencia variable) se tiene una entrada analógica al
prototipo, para esto se alimenta al potenciómetro con cinco voltios de corriente
continua (conexión a los extremos del elemento, del medio sale la señal de lectura).
En el panel frontal del prototipo al lado derecho se podrá observar dos escalas, la una
como lecturas de nivel con indicador de valores mínimos, valor medio y valor alto, la
otra es una lectura del tipo aguja con indicador de 1 a 100, estos valores se los puede
cambiar en caso necesario.
Para comprobar su funcionamiento se debe manipular el potenciómetro ubicado en el
prototipo girando el mismo a derechas e izquierda y ver las variaciones en el panel
frontal.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado
Para regresar al programa principal pulsar .El bloque de datos solo debe ser
cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados.
158
Ilustración 66. Panel, entrada analógica simulada por potenciómetro.
Autor: Iván Cantos.
PRÁCTICA 4:MEDICION DE TEMPERATURA (ENTRADA ANALOGICA).
Para esta práctica se utiliza un sensor de temperatura el LM35 que proporciona una
señal de voltaje proporcional a la temperatura.
Ilustración 67. Panel frontal de control y lectura de la temperatura.
Autor: Iván Cantos.
El control de luz del panel frontal sirve para variar el voltaje aplicado al foco
incandescente de esta manera se simula la variación de la temperatura que será captada
159
por el sensor de temperatura (LM35) y será registrada en los elementos indicadores de
temperatura, lectura y forma de onda.
Si no se desea emplear el control de luz como variación de la temperatura, se puede
variar la temperatura directamente aplicando calor o hielo al sensor y comprobar el
funcionamiento.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado.
Para regresar al programa principal pulsar . El bloque de datos solo debe ser
cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados.
PRÁCTICA 5: MEDICION DE LUZ (ENTRADA ANALOGICA).
El sensor en este caso es un LDR (fotoresistor) que emite una señal eléctrica según la
cantidad de luz que recibe.
Para iniciar la detección de luz se debe activar el botón ON/OFF situado en l panel.
Para tener un control de luz a emitir se usa un foco incandescente el cual es
controlado en voltaje para emitir luz proporcional al voltaje recibido y de esta manera
será detectada por el LDR y se podrá apreciar en la barra inferior, para este caso se
tiene la lectura en %. Una vez concluida la lectura pulsar nuevamente ON/OFF.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado
Ilustración 68. Panel frontal para medición de luz.
Autor: Iván Cantos.
160
Para regresar al programa principal pulsar . El bloque de datos solo debe ser
cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados.
PRÁCTICA 6: MEDICION DE PRESION/PESO (ENTRADA ANALOGICA).
La medición de presión/peso se lo hace a través de una galga extensometrica, su
funcionamiento se basa en la variación de la resistencia cuando la galga es deformada,
de esta manera se puede medir la presión o peso aplicado.
En el prototipo se debe realizar una presión en la galga extensiometrica este cambio
será apreciado en los indicadores presentados en el panel.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado
Para regresar al programa principal pulsar . El bloque de datos solo debe ser
cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados.
Ilustración 69. Panel frontal de lectura para sensor de presión.
Autor: Iván Cantos.
161
PRÁCTICA 7: ARRANQUE DE UN MOTOR DE CA.
Los motores de corriente alterna pueden arrancar de forma directa o indirecta,
generalmente cuando son motores pequeños (menos de 5HP) pueden arrancar en
forma directa, pero para mayores potencias es recomendable arrancar en forma
indirecta, para esto existen algunos medios como arranque estrella triangulo, por
autotransformadores, arranque electrónico, etc.
En esta práctica se lo hace con arranque directo utilizando un triac, pero podría
emplearse también un relé ya que el motor del prototipo es muy pequeño.
Ilustración 70. Panel de control para arranque directo de motor CA.
Autor: Iván Cantos.
Al pulsar el botón ON/OFF el motor empezara a funcionar y la forma de onda que se
aprecia es sinusoidal. En esta práctica no se tiene control del sentido de rotación ni de
la velocidad. Para parar el motor se deberá pulsar nuevamente el botón ON/OFF.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado
Para regresar al programa principal pulsar . El bloque de datos solo debe ser
cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados.
162
PRÁCTICA 8: ARRANQUE DE UN MOTOR DE CD.
Desde el panel frontal se tiene control de la velocidad y del sentido de giro. Los
motores de continua varían su velocidad según cambie el voltaje aplicado, esto se lo
consigue mediante una señal PWM que simula una salida analógica, en cambio el
sentido de giro se lo controla simplemente cambiando la polaridad ya que el motor
que se tiene es un motor de imán permanente. Al variar la señal PWM el motor
variara también su velocidad.
Ilustración 71. Panel de control del motor CD.
Autor: Iván Cantos.
Se debe tener cuidado de no cambiar bruscamente el sentido de giro del motor ya que
este puede sufrir danos eléctricos o mecánicos.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado.
Para regresar al programa principal pulsar . El bloque de datos solo debe ser
cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados.
163
PRÁCTICA 9: CONTROL DE GIRO DEL SERVOMOTOR.
El servo motor es un motor especial que solo puede girar 180 grados. El control del
ángulo de giro que se desea que se posicione el servomotor está al lado izquierdo del
panel de control, al girar la perilla el servomotor girara el ángulo deseado, el indicador
del ángulo permite verificar si el servomotor giro hasta la posición indicada. Este tipo
de motor es muy usado donde se requiera funciones o actividades de posicionamiento
sin importar la velocidad.
Ilustración 72. Panel de control del servomotor.
Autor: Iván Cantos.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado.
Para regresar al programa principal pulsar . El bloque de datos solo debe ser
cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados.
PRÁCTICA 10: CONTROL DEL MOTOR PASO A PASO.
El eje de este motor se posiciona en un lugar determinado en forma de pasos, existen
básicamente dos tipos de estos motores, los unipolares y los bipolares, siendo los
primeros los de mayor uso. Los pasos van desde 0.72 hasta 90 grados.
164
Ilustración 73. Panel de control motor paso a paso.
Autor: Iván Cantos.
Si bien se puede controlar en un rango aceptable la velocidad de estos motores, no es
precisamente esto lo que les hace atractivos, sino el número de pasos que debe dar para
llegar a una determinada posición.
Como dato principal en el panel de control se deberá indicar el número de pasos que
debe dar el motor, luego se debe pulsar el botón de arranque, el indicador rojo nos
mostrara cuando está ya en la posición deseada.
En el lado derecho se presenta una breve información del elemento utilizado.
Para regresar al programa principal pulsar . El bloque de datos solo debe ser
cambiado cuando los datos empleados sean diferentes a los indicados
165
ANEXO 14
PRÁCTICAS PEDAGÓGICAS
PRACTICA 1: EL POTENCIOMETRO
OBJETIVO
- CONOCIMIENTO DE ENTRADA ANALOGICA
- FUNCIONAMIENTO DEL POTENCIOMETRO
INFORMACION
INSTRUMENTOS Y EQUIPO
1. PROTOBOARD
2. CABLES DE CONEXIÓN
3. ARDUINO MEGA
4. POTENCIOMETRO
PROCEDIMIENTO
CARGAR LV Y PROGRAMAR DE ACUERDO AL DIAGRAMA
166
PANEL DE BLOQUES
ESQUEMA DE CONEXIONES
167
PANEL FRONTAL
PRUEBA DE CONOCIMIENTOS
1. QUE ES UN POTENCIOMETRO
2. QUE ES UNA SENAL ANALOGICA
3. CUAL ES EL PIN DE COMUNICACIÓN CON EL POTENCIOMETRO
168
PRACTICA 2: LECTURA DE UN PULSADOR
OBJETIVO
- CONOCIMIENTO DE UNA ENTRADA DIGITAL
- VISUALIZAR ESTADO DEL PULSADOR
INFORMACION
INSTRUMENTOS Y EQUIPO
5. PROTOBOARD
6. CABLES DE CONEXIÓN
7. ARDUINO MEGA
8. PULSADOR
9. RESISTENCIA 330 OHM
PROCEDIMIENTO
CARGAR LV Y PROGRAMAR DE ACUERDO AL DIAGRAMA
169
PANEL DE BLOQUES
ESQUEMA DE CONEXIONES
170
PANEL FRONTAL
PRUEBA DE CONOCIMIENTOS
4. QUE SON LAS SENALES DIGITALES
5. CUANTOS ESTADOS PUEDE PRESENTAR EL INDICADOR
6. DE ACUERDO AL DIAGRAMA CUAL ES EL PIN DE ENTRADA
171
PRACTICA 3: MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA CD
OBJETIVO
- CONTROL DE LA VELOCIDAD DEL MOTOR CD
INFORMACION
INSTRUMENTOS Y EQUIPO
10. PROTOBOARD
11. CABLES DE CONEXIÓN
12. ARDUINO MEGA
13. MOTOR DC
14. RESISTENCIA DE 4.7K
15. DIODO N4007
16. CAPACITOR 0.1uf
17. TRANSISTOR TIP 110
172
PROCEDIMIENTO
CARGAR LV Y PROGRAMAR DE ACUERDO AL DIAGRAMA
PANEL DE BLOQUES
173
ESQUEMA DE CONEXIONES
PANEL FRONTAL
PRUEBA DE CONOCIMIENTOS
7. EN BASE A QUE SE CONTROLA LA VELOCIDAD DEL MOTOR DC
174
8. QUE TECNICA SE EMPLEA PARA EL CONTROL DE LA VELOCIDAD
9. CUAL ES EL PIN DE CONTROL/SALIDA
10. COMO SE CAMBIA EL SENTIDO DE GIRO DE LOS MOTORES DC
175
PRACTICA 4: EL SERVO MOTOR
OBJETIVO
- CONOCIMIENTO DEL SERVOMOTOR
- CONTROL DEL ANGULO DE GIRO
INFORMACION
INSTRUMENTOS Y EQUIPO
18. PROTOBOARD
19. CABLES DE CONEXIÓN
20. ARDUINO MEGA
21. SERVOMOTOR
176
PROCEDIMIENTO
CARGAR LV Y PROGRAMAR DE ACUERDO AL DIAGRAMA
PANEL DE BLOQUES
177
ESQUEMA DE CONEXIONES
PANEL FRONTAL
178
PRUEBA DE CONOCIMIENTOS
11. PORQUE ELEMENTOS ESTA COMPUESTO UN SERVO MOTOR
12. QUE TECNICA SE EMPLEA PARA EL CONTROL DEL ANGULO DE
GIRO
13. CUAL ES EL PIN DE COMUNICACIÓN CON EL SERVO
179
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